이차전지는 전기자동차, 휴대형 전자기기 등 미래 기술의 핵심 부품으로 떠오르고 있다. 포스코는 2차전지 핵심소재 개발에 주력해 미래 에너지 산업을 어떻게 선도하고 있나. 리튬 이온 배터리와 관련된 기술 혁신의 영향을 살펴보겠습니다. 이번 글에서는 포스코의 이차전지 개발 전략과 성과에 대해 알아보겠습니다.
휴대용 전자기기의 시대, 전기자동차와 로봇의 등장
휴대용 전자기기, 전기 자동차, 로봇 시대에 2차 전지(충전식 전지)의 중요성은 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다. 이에 전 세계 기업들이 이차전지를 새로운 성장동력으로 인식하고 있다.
포스코는 이차전지의 중요성을 인식하고 수년간 이차전지 핵심소재 개발을 신성장 사업으로 꼽아왔다. 그러나 일반 대중은 이 용어에 대해 잘 알지 못한다. 포스코뉴스룸이 보도했다.
기본 및 보조 배터리
1차 전지는 시계, 리모컨 등에 사용되며 한 번 사용하면 재사용할 수 없습니다. 알칼리 전지는 가장 일반적인 유형의 일차 전지입니다.
이차전지는 반복 충전이 가능하며 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성된다. 리튬이온전지는 양극재와 음극재 사이의 전해질을 통해 전기를 발생시키는 가장 일반적인 이차전지 중 하나이다.
배터리가 충전될 때 전자는 분리막을 통해 양극에서 음극으로 이동합니다. 배터리가 방전되면 그 반대가 됩니다. 즉, 전자가 음극에서 양극으로 이동합니다. 리튬이온 배터리는 전기자동차와 친환경 교통수단에 필수적인 것으로 여겨진다.
포스코그룹 이차전지 소재 개발
포스코ESM은 현재 양극재를 생산하고 있다. 포스코ESM은 비교적 늦은 출발에도 불구하고 기술적으로는 세계 유수 이차전지 활물질 업체와 견줄 만하다. 최근 포스코ESM은 니켈 함량이 80% 이상인 기울기형 NCM 활물질을 세계 최초로 양산했다.
음극재는 음극에서 리튬을 저장했다가 방출하면서 전기를 발생시킨다. 현재 포스코켐텍은 양극재를 양산하는 국내 유일의 업체다. 포스코켐텍은 지난해 11월 1차 음극재 공장을 준공하고 2019년 하반기까지 1차 4개 생산라인을 완공해 1차 계획을 마무리했다. 이를 통해 연간 2만톤 생산능력을 확보했다. 생산라인을 10개로 늘린 뒤 연간 생산능력을 5만톤까지 늘릴 계획이다.
포스코켐텍은 이달 초 이사회에서 포스코ESM과 합병해 양 그룹의 에너지소재 사업 시너지를 높이는 데 합의했다. 양극재와 음극재를 각각 담당하던 포스코켐텍과 포스코ESM이 에너지소재사업본부로 통합돼 양극재와 양극재 사업의 분산 사업구조를 통합한다. 두 그룹의 합병은 2019년 2월 이사회에서 최종 승인을 거쳐 내년 4월경 결정될 것으로 보인다.
포스코켐텍은 이번 합병을 통해 차세대를 선도할 제품 개발에 더욱 노력하겠습니다. 이번 합병으로 포스코켐텍은 R&D 및 마케팅 역량 강화, 생산원가 절감, 영업력 확대 등 경쟁력을 강화하게 된다.
리튬 이온 배터리의 장점
1차 전지와 달리 2차 전지는 재사용이 가능합니다. 1차 전지는 사용 후 폐기해야 하며, 새 배터리를 생산하기 위해 자원을 더 낭비하게 됩니다. 또한 1차 전지 내의 화학 물질로 인해 환경 오염이 추가되는 단점이 있습니다. 반면 이차전지는 500~2,000회 사용이 가능해 경제적이고 친환경적이다.
리튬이온전지는 가장 일반적인 이차전지 중 하나로 내구성이 뛰어나다. 동일한 용량의 다른 유형의 배터리에 비해 리튬 이온 전지는 작은 무게와 부피로 제조할 수 있습니다. 또한 카드뮴, 납, 수은과 같은 환경 독소를 포함하지 않습니다. 또한 리튬 이온 셀은 충전 용량을 줄이고 일반 배터리보다 더 많은 전력을 생성하는 메모리 효과가 없습니다.
리튬은 전기차와 에너지저장장치(ESS)의 필수 소재다. 리튬 수요는 2017년에 201,000톤에 도달했으며 2025년에는 700,000톤으로 세 배 증가할 것으로 예상됩니다.
리튬은 성장 잠재력이 크다. 포스코는 지난 8년간의 노력을 통해 리튬 상용화 초기 단계에 도달했다. 2010년 세계 최초로 직접 추출 기술을 개발했습니다. 2013년부터 2015년까지 리튬은 칠레와 아르헨티나에서 성공적으로 시험 생산되었습니다. 2016년 광양제철소에 2,500톤 규모의 실증공장을 짓고 지난해 2월부터 탄산리튬을 생산하고 있다.
올해 포스코는 고성능 전기차 배터리에 주로 사용되는 수산화리튬 생산에 성공했다. 수산화리튬의 공정제어가 매우 복잡한 것으로 알려진 만큼 포스코의 성과는 각별하다. 포스코의 수산화리튬 국산화 성공으로 수입에만 의존하던 국내 기업에 고품질의 국산 수산화리튬을 공급할 수 있게 돼 리튬이차전지 산업의 경쟁력이 높아졌다.
리튬은 모든 금속 중에서 가장 가벼운 알칼리 금속 중 하나로 원자 번호 3번으로 세계에서 세 번째로 가벼운 물질입니다.
이차전지는 미래산업의 백금입니다.
최근 이차전지가 미래 성장산업으로 떠오르면서 리튬은 미래산업의 쌀 또는 ‘신백금’으로 불리고 있다. 휴대형 전자제품, 휴대폰, 노트북 외에도 전기자동차, 로봇 등에 필수적인 이차전지 제조의 핵심 소재로 주목받고 있다.
기존 배터리에 비해 리튬 기반 이차 전지는 더 작은 무게로 더 높은 전압을 생성합니다. 기존 배터리의 전압은 약 1.3~2볼트인 반면 리튬 함유 배터리는 3볼트 이상의 전기를 생성합니다. 또한 다른 금속이온보다 작고 가볍기 때문에 단위당 에너지 밀도가 높다.
포스코는 당초 소금물에서 리튬을 추출하는 기술을 기반으로 리튬 사업을 추진했지만 소금물 호수 확보가 늦어지면서 새로운 도전에 직면하게 됐다. 하지만 포스코는 폐이차전지에서 리튬을 생산하는 기술과 광석 내 리튬 정광에서 리튬을 추출하는 기술을 개발해 위기를 기회로 만드는 데 성공했다.
포스코는 올해 10월 리튬광석을 생산할 수 있는 시설을 준공했다. 광석 기반 리튬 생산이 현실화되었습니다. 포스코는 아르헨티나 염수호에서 채굴권을 획득한 리튬을 2021년부터 생산할 계획이다.
포스코는 폐이차전지, 리튬광석, 염호 등을 활용한 세계 유일의 리튬 생산 시스템을 확보해 전기차 110만~120만대 분량인 연간 5만5000t의 리튬을 생산할 것으로 기대하고 있다. 배터리 생산에 사용됩니다.
100대 개혁과제 발표
포스코는 지난달 최정우 회장 취임 100일을 기념해 ‘100대 개혁과제’를 발표했다. 포스코는 양극재와 음극재 사업을 통합하고 이차전지 소재연구소를 설립해 고객 맞춤형 제품을 개발하는 등 이차전지 시장을 선도하고 있다. 2030년까지 이 사업을 150억 달러 규모의 사업으로 성장시키고 세계 시장 점유율의 20%를 확보하는 것을 목표로 하고 있습니다.
또한 포스코켐텍은 철강 제조 공정에서 발생하는 부산물을 활용한 침상 코크스 생산설비를 구축해 음극재와 전극의 원재료인 고부가가치 탄소소재 분야로 사업영역을 확대할 계획이다.
포스코의 이러한 노력은 이차전지 산업의 경쟁력을 강화하고 전기자동차, 휴대형 전자기기 등 미래 기술에 필수적인 리튬이온전지를 공급함으로써 지속가능한 에너지 솔루션에 기여하고 있습니다. 이로써 포스코는 글로벌 이차전지 시장에서 주역으로 자리매김할 것으로 기대된다.
한편, 포스코는 리튬 이외의 배터리 성능 향상을 위한 다양한 기술 개발을 추진하고 있다. 예를 들어, 고효율 전기차 배터리용 고용량 양극재 및 고성능 양극재 개발, 배터리 성능 향상을 위한 전해액 개선, 배터리 안전성 및 수명 연장을 위한 새로운 구조 및 소재 연구 등이 진행되고 있다.
이처럼 포스코의 지속적인 연구개발과 혁신은 전기차, 휴대용 전자기기, 에너지저장장치 등 산업의 성장과 발전을 위한 기술지원이 될 것으로 기대된다.
포스코는 이차전지 핵심소재 개발에 매진해 미래 에너지 산업에 큰 영향력을 미치고 있습니다. 전기 자동차, 에너지 저장 시스템, 휴대용 전자 장치에 필수적인 리튬 이온 배터리를 공급하여 지속 가능한 에너지 솔루션에 기여합니다. 포스코켐텍과 포스코ESM의 통합을 통해 에너지 소재 사업의 시너지를 강화할 계획입니다. 리튬 수요가 늘어나면서 포스코는 글로벌 리튬 시장의 메이저 플레이어로 성장하고 있다. 이러한 노력을 통해 포스코는 이차전지 산업의 선도기업으로 자리매김할 것으로 기대된다.