[헤럴드포럼] 고용량 리튬이온전지용 복합음극재

2020 한국형 그린뉴딜정책 시행 및 2050 탄소 중립 추진전략의 수립과 함께 화석연료의 사용을 최소화하기 위해 전 세계적으로 전기자동차와 같은 친환경 수송체 시스템의 개발이 급격히 진행되고 있다. 특히 포스트 코로나19 시대 세계 경제의 미래 에너지 패러다임 전환 대비 이슈가 점차 극대화되고 있으며 이를 해결하려는 방안으로 고성능 이차전지의 개발은 필수적이라 할 수 있다.

이차전지 중 대표격인 리튬이온전지(리튬이온배터리)는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막으로 구성돼 있다. 음극재는 1991년 일본 소니에 의해 상용화된 후 약 30년간 흑연 계열이 사용되고 있다. 흑연은 가격이 저렴하고 안정적인 결정구조인 것이 장점이다. 그러나 여전히 용량의 한계로 인해 음극의 원 소재로 실리콘을 사용하려는 시도는 계속되고 있으며 이는 전기차의 시장 확대가 가장 큰 원인으로 볼 수 있다. 과거 리튬이온배터리는 가전 및 모바일 전자제품에 주로 사용돼왔으나 향후 몇 년 안에 전기자동차용 배터리의 수요가 기하급수적으로 증가할 것으로 보이며 전 세계적으로 4대 구성요소의 원천기술 개발 확보를 위한 경쟁이 가속화되고 있다. 현재 기술 수준으로는 음극재의 흑연을 대체할 수 있는 실리콘 원소재의 기술적 난제를 해결하기 어렵다. 특히 전기자동차의 짧은 주행거리, 긴 충전시간, 배터리 수명, 출력 등의 문제는 배터리 용량 개선을 위한 고성능 복합음극재를 개발함으로써 해결의 실마리를 찾을 수 있을 것이다.

지금까지 리튬이온전지산업은 에너지밀도 향상과 원가절감이라는 키워드에 맞춰 다양한 시장에서 빠르게 성장해왔다. 국내 전지기업들은 일본 기업에 비해 뒤늦게 시장에 진입했음에도 탄탄한 제조경쟁력으로 높은 지위를 차지한다. 그러나 최근 모바일용 제품에 사용되는 소형전지시장에서 중국 기업들과 치열한 경쟁을 펼치고 있어 수익창출이 매우 어렵다. 높은 시장잠재력이 있다고 평가되는 전기자동차용 전지시장조차도 국내 전지기업들의 안정적인 수익창출을 낙관하기 어려운 실정이다. 이는 중국 전지기업들이 공급사슬망 통합을 통한 가격경쟁력 향상과 한국 전지기업을 견제하는 중국 정부의 규제강화정책에 힘입어 급성장하고 있어서다.

국내 전지기업들은 차세대 전지 개발의 주도권을 잡으면서 빠르게 쫓아오는 중국 전지기업들을 견제할 차별화된 소재·부품 원천기술을 보유해야 한다. 현시점에서 개발 타이밍을 놓친 기업은 단기간에 회복할 수 없는 큰 타격을 입을 수 있으며, 향후 저원가에 특화된 중국 전지기업과의 경쟁, 차세대 전지시장에서의 대응 등 지금보다 증가한 경쟁 구도의 관리 및 R&D를 통한 원천기술 확보 여부에 따라 국내 전지기업의 경쟁 우위 지속가능성이 결정될 것으로 예상된다.

효과적인 외부 자원의 활용 및 원천기술 개발을 통해 경쟁구도 다변화에 대한 적극적인 대응이 필요하다. 이를 통해 이차전지용 원소재 및 셀 제조업체의 경쟁력 확보뿐 아니라 고용량, 장수명, 고안정성을 요구하는 전기자동차, 대용량 에너지저장장치(ESS) 및 IT기기 전체를 아우르는 고부가가치 에너지 저장 소재의 시장 확대 및 기술력 우위 확보를 통한 세계 시장 선도가 가능할 것으로 기대된다.

정승열 한국전기연구원 박사

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