에코프로그룹, 전고체배터리 사업 정조준

핵심소재 황화리튬생산 R&D 착수
2㎛ 이하 초미세 분쇄공정 구축
폐도가니 리튬 회수기술 고도화
“‘클로즈드 루프’ 시스템 강화”

에코프로의 양극재 생산시설 [에코프로그룹 제공]

에코프로그룹 내에서 중간소재 리튬 사업을 담당하는 에코프로이노베이션이 꿈의 배터리인 전고체배터리에 쓰이는 ‘황화리튬’(Li₂S) 생산을 위한 연구개발(R&D)에 착수하는 것으로 확인됐다. 2027년부터 상용화가 예상되는 전고체배터리 시장에 선제적으로 대응하려는 차원의 조치로 풀이된다.

31일 이차전지 소재업계 등에 따르면 에코프로이노베이션이 추진하는 이번 신규 프로젝트는 ‘폐도가니 재활용’을 통한 황화리튬 생산 기술 확보가 핵심으로 지목된다. 황화리튬은 전고체배터리에서 리튬이온이 고체 내를 이동하도록 돕는 ‘이온 전도체’이자, 고체전해질 합성의 핵심 원료로 꼽힌다.

에코프로그룹이 추진해 온 폐도가니 재활용 사업은 양극재의 소성(고온 열처리) 과정에서 리튬 노출로 변질된 도가니(소정 공정에 사용되는 필수 용기)를 분말 수준으로 미세하게 파쇄한 뒤, 이 과정에서 리튬을 추출하는 기술을 말한다.

여기에서 리튬을 전고체배터리의 핵심소재인 황화리튬으로 활용하기 위해서는 입자 크기를 현저히 줄이는 미세 분쇄 공정이 필수적이다. 전고체배터리에 들어가는 고체전해질은 전극 사이를 이동하며 리튬이온의 이온 전도체 역할을 하는데, 기존 액체전해질보다 입자 간 거리가 훨씬 짧기 때문에 더 작은 입도(입자 크기)가 요구되기 때문이다.

에코프로이노베이션 측은 이런 기술적 특성을 충족하기 위해 평균 입도 2㎛(마이크로미터·1㎛=100만분의 1m) 이하(D50)와 90% 이하 30㎛(D90) 수준의 초미세 분쇄가 가능한 분쇄기(Mill)를 도입하고, 연구개발 전담팀을 중심으로 황화리튬 생산 공정 연구에 돌입하기로 했다.

업계에서는 에코프로이노베이션의 이번 프로젝트는 리튬 회수 기술의 고도화와 소재 그룹 내 포트폴리오 확대라는 측면에서 의미가 크다는 평가가 나온다.

현재 이차전지 업계에서는 삼성SDI가 2027년 전고체배터리 양산을 공식화했고, LG에너지솔루션과 SK온 역시 신기술 개발에 드라이브를 걸면서 전고체배터리 상용화에 대한 기대감이 점차 커지고 있다.

전고체배터리는 기존 리튬이온 배터리 대비 폭발 위험을 줄이고, 에너지 밀도와 주행거리를 동시에 개선할 수 있다는 점에서 ‘차세대 배터리의 분기점’이 될 것으로 주목받는다.

에코프로그룹 역시 그룹 차원에서 이번 프로젝트 관련 연구개발에 힘을 보태는 것으로 전해졌다. 에코프로이노베이션의 프로젝트는 2023년 특허를 출원한 이후 꾸준히 상용화 단계를 밟고 있는 ‘폐도가니 리튬 회수 기술’의 확장 버전이기도 하다.

도가니의 경우 반복적인 고열 노출 과정에서 리튬과 반응해 변질되는데, 에코프로그룹은 에코프로에이치엔(HN)이 중심이 돼 이를 재활용하는 기술을 추진해 왔다.

도가니의 사용 주기는 약 30일 수준이다. 이로 인해 폐도가니 발생량은 전 세계적으로 올해 210톤에서 2030년 610톤 수준으로 늘어날 것으로 전망되는 등 향후 재활용 관련 높은 사업성을 인정받았다. 그룹 측은 해당 기술을 통해 별도의 열처리 과정 없이 리튬 회수율 95% 이상을 달성할 수 있을 것으로 보고 있다.

이를 통해 자원 재활용 효율을 높이고 환경오염을 최소화할 수 있는 동시에, 원재료 수급 안정성과 원가 절감 효과가 기대된다. 에코프로그룹의 포트폴리오 차원에서도 배터리 소재의 제조부터 회수·재활용까지 전 과정을 포괄하는 ‘클로즈드 루프(Closed Loop) 시스템’ 구축에 일조할 전망이다.

에코프로그룹 관계자는 “2023년부터 폐도가니 재활용 사업을 국책사업의 일환으로 정부와 함께 추진하고 있다”며 “현재 여러 사업 단계가 병행 중인 상황으로, 순차적으로 상용화 단계를 밟아가고 있다”고 말했다.

한편 업계에서는 리튬 가격이 올해 1㎏ 당 8~9달러 수준까지 하락했다가 내년에는 15달러 이상으로 반등할 것으로 전망하고 있다. 지난해 1월 중국 현물시장에서 1㎏당 474.5위안(약 70달러)까지 치솟았던 리튬 가격은 전기차 수요 둔화와 공급 과잉 여파로 급락했다.

하지만 최근 전기차 캐즘(대중화 전 일시적 침체기) 완화와 ESS(에너지저장장치) 수요 확대로 점진적인 회복세를 보이고 있다.

글로벌 전기차 시장 규모 역시 올해 약 1400만대에서 내년에는 최대 1650만대까지 늘어날 것으로 예상되면서, 이에 따라 리튬 수요와 관련 이차전지 산업 전반의 수익성도 점차 개선될 전망이다. 김성우 기자