포스코퓨처엠 "실리콘 음극재 개발완료…대량양산 체계 구축"

[배터리체크포커스]<4>미래 배터리 쟁탈전 ⑤유승재 포스코퓨처엠 음극재연구센터장 인터뷰

[편집자주] 배터리 산업은 한 때 '제2의 반도체'로 여겨졌다. 기업들은 수십조원을 투자해 전세계에 생산거점을 확보했다. 하지만 전기차 수요 부진과 중국의 굴기로 K배터리 밸류체인은 위기에 직면했다. 이런 상황 속에서 배터리 산업의 현주소와 미래 가능성을 진단해본다.

유승재 포스코퓨처엠 음극재연구센터장이 머니투데이와의 인터뷰를 진행하고 있다 /사진=김지현

"고객사와 실리콘 음극재 대량 생산 체계를 구축 중입니다."

지난달 4일 포스코퓨처엠 세종 기술연구소에서 만난 유승재 음극재연구센터장은 차세대 배터리 핵심 소재로 꼽히는 실리콘 음극재 로드맵에 대해 이같이 밝혔다. 내년 양산을 목표로 한 만큼 실제 생산까지 가속화하고 있음이 느껴졌다. 유 센터장은 "2024년 5월 실리콘 음극재 데모플랜트(실증 설비)를 가동한 이후 업체들과 상용화를 협의 중"이라며 "개발은 이미 완료된 상태"라고 말했다.

실리콘 음극재는 흑연계 음극재 대비 전기차 주행거리를 획기적으로 늘리고, 충전 시간을 대폭 단축할 수 있는 소재로 고성능 배터리에 가장 적합한 제품으로 평가된다. 다만 충·방전 과정에서 부피 팽창과 구조 변형이 발생하는 문제가 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다. 이에 대해 유 센터장은 "포스코퓨처엠은 흑연계 음극재 대비 5배 높은 용량을 구현하면서도 독자적인 코팅 기술을 적용해 팽창 문제를 최소화하는 데 성공했다"고 말했다. 포스코퓨처엠이 현재 생산을 준비 중인 실리콘 음극재의 함량은 약 10% 정도다.

최근에는 미국 배터리 소재 기업 실라와 협력해 실리콘 음극재 개발에도 나섰다. 탄소나노 소재 기술을 활용해 팽창 문제를 억제하고 배터리 기술을 크게 늘리는 기술을 개발한단 목표다. 또 고가 소재인 실리콘 음극재의 원가 경쟁력을 높이기 위해 포스코퓨처엠의 탄소 소재 기술을 적용하는 방안도 검토 중이다.

포스코퓨처엠 세종음극재공장 /사진=김지현

유 센터장은 향후 실리콘 음극재 수요가 확대될 수밖에 없다고 내다봤다. 자율주행, UAM(도심항공교통) 등에 탑재되는 배터리에는 높은 에너지 밀도가 요구되기 때문이다. 특히 휴머노이드 로봇은 고성능 연산과 모터 구동으로 많은 전력을 소모해 고성능 배터리 사용이 필수적이다. 국내 배터리 3사(LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온)는 물론 글로벌 배터리 기업들 대부분이 앞다퉈 개발 중인 전고체 배터리에도 실리콘 음극재가 적극 활용될 것으로 관측된다.

이와 함께 포스코퓨처엠은 비코팅 저온소성 천연흑연 음극재도 개발 중이다. 유 센터장은 "비코팅 저온소성 천연흑연 음극재는 실리콘 음극재와 혼합해 사용할 경우 팽창을 억제할 수 있다"며 "글로벌 음극재 시장에서 실리콘 음극재 수요가 증가할수록 해당 제품의 수요도 함께 늘어날 것"이라고 강조했다.

포스코퓨처엠은 저팽창 천연흑연 음극재, 나노 표면처리 천연흑연 음극재 등 미래 배터리 소재 중심으로 제품 포트폴리오를 지속 확장하고 있다. 차별화된 기술력을 앞세워 글로벌 배터리 음극재 시장에서 점유율을 높여나간단 계획이다.

유 센터장은 "저팽창 천연흑연 음극재는 천연흑연을 원료로 사용하면서도 고밀도 구형화 공정을 통해 소재 구조를 개선해 급속충전 성능을 높이고 팽창률을 낮춘 제품"이라며 "나노 표면처리 음극재는 일반 코팅 제품과 달리 나노 크기의 도전재를 흑연 표면에 균일하게 코팅해 고출력 성능을 보완했다"고 말했다. 이어 "포스코퓨처엠만의 독자적인 기술로 배터리 소재 시장에서 앞장서 나갈 것"이라고 했다.

세종=김지현 기자 flow@mt.co.kr
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