포스코는 이미 그룹사 차원에서 2차전지 핵심 소재를 미래 신성장 사업으로 육성해왔다. 일반인에게는 다소 생소하게 느껴지는 2차전지. 포스코뉴스룸과 미래 먹거리로 불리는 2차전지에 대해 알아보자.

2차전지는 뭘까? 그럼 1차전지도 있을까?

▲이차전지인 리튬이온전지의 제조공정상 구성요소 및 산출물. 푸른색으로 표시된 영역은 포스코가 미래 신성장 사업으로 추진 중인 사업이다.

답은 YES. 1차전지도 있다. 1차전지는 쉽게 말해 시계, 리모컨 등에 사용되는 배터리다. 한 번 사용하고 나면 재사용이 불가능한 배터리를 1차전지라고 하는데 건전지, 알칼리전지가 대표적인 1차전지라고 할 수 있다.

2차전지는 1차전지와 달리 방전 후에도 다시 충전해 반복 사용이 가능한 배터리를 말한다. 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지로 양극, 음극, 전해질, 분리막, 용기로 구성된다. 양극재와 음극재 사이의 전해질을 통해 리튬 이온이 이동하는 전기적 흐름에 의해 전기가 발생한다.

충전은 양극에서 분리막을 지나 음극으로 이동하며, 방전은 음극에서 양극으로 이동하는 것이다. 미래 이동 수단으로 꼽히는 친환경 전기차에 필수적인 리튬이온 배터리가 대표적인 2차전지로 꼽힌다.

양극재와 음극재는 무엇일까?

▲리튬이온 전지 개념도

양극재는 배터리의 (+)극, 즉 양극을 만드는 소재로 포스코그룹에서는 포스코ESM이 양극재를 생산하고 있다. 포스코ESM에서는 최근 니켈 80% 이상 고용량 Gradient-NCM 활물질도 세계 최초로 양산하는 등 후발주자임에도 불구 기술력에서 세계 유수의 이차전지 활물질 회사와 어깨를 같이 하고 있다.

음극재는 양극에서 나온 리튬을 저장했다가 방출하면서 전기를 발생시키는 역할을 하는 소재로 현재 포스코켐텍이 국내 유일의 음극재 양산 업체다. 포스코켐텍은 지난 11월 음극재 1공장을 종합준공하고 2019년 하반기까지 1단계인 4개의 생산라인을 완공해 연산 2만톤 생산능력을 확보하고 향후 시장 상황에 따라 2021년까지 총 10개의 생산라인을 순차적으로 증설해 연산 5만톤 규모로 확장할 계획이다.

리튬이온 배터리의 장점은?
앞서 설명한 1차전지의 경우, 한 번만 사용하고 버리게 되는데 이때 새 배터리를 만들기 위해 더 많은 자원이 소비된다. 방전 후에는 화학물질로 인해 환경오염을 일으킬 수 있다는 단점이 존재한다. 반면 2차 전지는 충전을 통해 500~2000번까지 반복해 사용할 수 있어 경제적이고 친환경적이다.

대표적인 2차전지로 꼽히는 리튬이온 배터리 역시 수명이 길다는 장점이 있다. 또 동일 용량의 다른 배터리보다 무게와 부피 소형화가 가능하며 카드뮴, 납, 수은 등 환경 규제 물질을 포함하지 않는다. 충전 가능 용량이 줄어드는 메모리 효과가 없고, 보통 배터리보다 높은 출력 구현이 가능하다는 이점도 있다.

글로벌 2차전지 시장에서의 포스코는?

▲양극재를 생산하는 포스코ESM 구미 공장의 소성 공정 라인.

리튬은 전기차 및 에너지 저장 장치(ESS)의 필수 소재다. 리튬 수요량은 지난 2017년 25만 톤에서 2025년까지 71만 톤으로 약 3배가량 급증할 전망이다.

이처럼 리튬은 성장성이 높은 사업이다. 포스코는 지난 8년간의 노력으로 리튬 상업화 초기 단계까지 왔다. 2010년 포스코는 리튬 직접 추출 기술을 세계 최초 개발했다. 2013년부터 2015년까지 칠레 및 아르헨티나 염호에서 리튬 시험 생산에 성공했으며 2016년에는 광양제철소 내 연산 2,500톤 데모 플렌트를 건설하고 지난해 2월부터 탄산리튬을 생산하고 있다.

포스코는 올해 고성능 전기차용 배터리에 주로 사용되며, 공정관리가 까다로운 수산화리튬까지 생산에 성공했다. 국내 업체가 전량 수입에 의존하고 있는 고품위 수산화리튬을 국산화해 공급함에 따라 국내 리튬 2차전지 산업의 경쟁력이 높아질 것으로 기대된다.

┃2차 전지의 핵심은 리튬

(출처 : 플리커)

리튬은 금속 중 가장 가벼운 알칼리 금속에 속하며, 원자 번호는 3이다. 다시 말해 지구상에 존재하는 물질 중 세 번째로 가벼운 물질이라는 뜻이다.

최근 리튬이 미래 산업의 쌀, 또는 ‘하얀 석유’라고도 불리게 된 것은 2차전지가 미래 신성장 산업으로 떠올랐기 때문이다. 휴대전화, 노트북 등 휴대용 전자기기에 이어 전기 자동차, 로봇 산업에 필요한 2차 전지를 만들기 위해 리튬은 필수적인 소재로 주목받고 있다.

리튬을 활용한 2차 전지는 보통 전지보다 적은 무게로 더 높은 전압의 전기를 만들어 낸다. 일반 전지의 전압은 약 1.3~2 볼트가량인데, 리튬이 포함된 전지의 전압은 3볼트 이상이다. 또한 타 금속 이온에 비해 작고 가벼워 단위당 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있다.

┃포스코가 선택한 미래 먹거리

▲포스코가 광권을 아르헨티나 북서부에 위치한 ‘옴브레 무에르토(Hombre Muerto)’ 염호 전경.

포스코는 당초 염호에서 리튬을 추출하는 기술을 기반으로 리튬 사업을 추진했으나, 염호 확보가 지연되면서 폐이차전지로부터 리튬을 생산하는 기술과 광석인 리튬정광으로 리튬을 추출하는 기술을 함께 개발하는 성과를 이뤘다.

올해 10월에 리튬 광석으로 제조가 가능한 설비를 준공해 폐이차전지뿐만 아니라 광석을 이용해서도 리튬 생산도 가능해졌다. 2021년부터는 광산권을 인수한 아르헨티나 염호로부터 리튬을 생산할 예정이다.

포스코는 전 세계에서 유일하게 폐이차전지와 리튬 광석, 염호까지 활용 가능한 리튬 생산체제를 확보하게 돼 연간 5만5,000톤 규모의 리튬을 생산할 것으로 전망된다. 리튬 5만5,000톤은 전기차 약 110~120만대 분의 베터리를 제조할 수 있는 분량이다.

포스코는 지난달 5일 최정우 회장 취임 100일 맞아 ‘100대 개혁과제’를 발표하고 그룹 내 양·음극재 사업 통합, ‘이차전지 소재 종합연구센터’ 설립해 고객 맞춤형 제품개발로 시장을 선도하고 있다. 오는 2030년까지 세계 시장점유율 20%, 매출액 17조 원 규모의 사업으로 키워 그룹 성장을 견인할 예정이다.

아울러 제철 과정에서 발생하는 부산물을 활용해 음극재 및 전극봉의 원료가 되는 침상코크스 생산공장을 포스코켐텍에 신설해 고부가 탄소 소재 사업으로 영역을 확대해 나갈 계획이다.

포스코 그룹사인 포스코켐텍과 포스코ESM이 10월 10일부터 사흘간 서울 코엑스에서 열린 ‘인터배터리(InterBattery) 2018(이하 ‘인터배터리’)’에 참가해 공동부스를 운영하고, 배터리의 주요 소재인 양·음극재 기술을 선보였다.

▲ 포스코그룹이 세계 3대 이차전지 전문 전시회인 ‘인터배터리 2018’에 참가해 공동부스를 열고 양·음극재 사업을 홍보했다.

산업통상자원부가 주관하는 인터배터리는 국내 최대 규모로 열리는 세계 3대 이차전지 전문 전시회다. 이번 전시회에는 포스코켐텍을 비롯해 지멘스(SIEMENS), LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등 국내외 배터리 관련 기업 200여 업체가 참가했다.

포스코그룹은 양·음극재 소재를 전시하고, 홍보영상 및 사업 소개 패널을 통해 양·음극재에 대한 방문자들의 이해를 높였다. 특히 이번 전시회는 포스코그룹사 2개사가 공동으로 참가해 영업, R&D, 마케팅 분야 등에서 시너지 효과를 창출했다는 점에서 의미가 크다.

이번 전시회에서는 산업발전 유공자에 대한 포상 수여식도 함께 열렸다. 이 자리에서 포스코켐텍 음극소재실의 최현기 책임연구원이 이차전지 음극재의 국산화 및 사업화, 제품 품질 개선 등에 기여한 공로를 인정받아 산업통상자원부 장관 표창을 받았다.

최 책임연구원은 “중국과 일본에서 수입하던 음극재를 국산화하기 위해 노력한 결과를 인정받아 보람있다. 앞으로 인조흑연음극재 개발에도 전력을 다해, 회사가 음극재 분야의 글로벌 리더로 성장하는 데 보탬이 되고 싶다”고 수상 소감을 말했다.

▲ 포스코켐텍 음극소재실 이종혁 리더가 부스를 찾은 방문객들을 대상으로 회사의 음극재 사업에 대해 소개하고 있다.

포스코켐텍은 지난 2010년 음극재 사업에 진출해, 현재 국내에서 유일하게 천연흑연음극재를 생산하고 있다. 음극재는 전기차, ESS(에너지 저장장치·Energy Storage System), 전동공구 등의 배터리에 들어가는 주요 소재로, 포스코켐텍은 국내 주요 전지업체와 해외 고객사에 음극재를 공급하고 있다.

포스코켐텍 관계자는 “인터배터리에 참가하기에 앞서 독일 소재의 이차전지 제조설비 업체로부터 사전 미팅 요청을 받는 등, 국내외에서 회사의 음극재 사업이 많은 관심을 받고 있다. 향후에도 신규 수요처를 발굴하고 해외 잠재고객 네트워크를 확보하는 데 주력하겠다”고 말했다.

한편, 포스코ESM은 IT 및 전기차 EV용에 적용할 에너지 밀도가 높은 제품을 주력으로 생산 및 개발 중이며, 최근에는 니켈 80% 이상 고용량 농도구배형 양극활물질을 최초로 양산하는 등 기술력에서 세계 최고수준의 양극재 회사로 거듭나고 있다는 평가를 받는다.

– 1월 24일, 정기 이사회에서 중국 화유코발트와 양극재 합작사 설립 승인
– 2020년부터 중국 저장성에 연산 4600톤 규모 전구체와 양극재 공장 가동
– 양극재 원료인 코발트, 니켈, 망간 안정적 조달로 수급·가격 경쟁력 동시 확보

포스코가 중국 화유코발트와 합작법인 설립 계약을 맺고 세계 최대 리튬이온전지 시장인 중국에 본격 진출한다.

포스코는 1월 24일 열린 정기 이사회에서 지난 10일 화유코발트와 맺은 전구체* 및 양극재 생산법인 합작 계약을 최종 승인했다.

화유코발트는 전 세계 리튬이온전지 제조에 필요한 코발트 수요량의 50% 가량을 생산할 수 있는 세계 최대 기업이다. 또한 자체 코발트 광산뿐 아니라 니켈 광산도 보유하고 있다.

포스코는 이번 계약 승인으로 화유코발트와 함께 중국 저장성 통샹시에 전구체 생산법인과 양극재 생산법인 등 두개의 합작법인을 설립한다.

전구체 생산법인은 코발트, 니켈, 망간을 공급할 수 있는 화유코발트가 지분 60%를, 포스코가 지분 40%를 투자한다. 양극재 생산법인은 고품위 양극재 생산기술을 보유하고 있는 포스코가 지분 60%를, 화유코발트가 지분 40%를 투자하게 된다. 각 합작법인은 2020년 하반기부터 연간 4600톤 규모의 전구체 및 양극재 생산라인을 가동하게 된다.

포스코는 이번 합작을 통해 중국 현지에서 양극재를 직접 제조·판매함으로써 세계 최대 리튬이온전지 수요 시장인 중국에서의 입지를 강화할 수 있게 됐다.

이와 함께 포스코ESM의 구미 양극재 공장에 전구체는 물론 소재인 코발트, 니켈, 망간를 안정적으로 공급받아 경쟁력을 대폭 높일 수 있게 됐다. 화유코발트 역시 양극재 원료 생산·판매에서 한발 더 나아가 양극재 제조·판매까지 사업 영역을 확대할 것으로 기대된다.

최근 세계 각국의 친환경 정책이 강화됨에 따라 전기차와 산업용 에너지저장장치(ESS), IT용 대용량 배터리 등에 대한 수요가 급증하면서 리튬이온전지의 필수 소재인 양극재 시장도 2016년 21만 톤에서 2020년에는 86만 톤까지 4배 이상 성장할 것으로 전망하고 있다.

이에 따라 가장 고가의 원료인 코발트 가격이 최근 2년간 3배 가량 급등했으며, 니켈, 망간 가격도 같이 오르고 있어 원료의 안정적 확보가 수익성 확보에 필수적인 요소가 됐다.

한편 포스코가 미래 신성장 사업의 하나로 추진하고 있는 리튬이온전지 소재 사업은 이번 전구체와 양극재 공장 합작으로 한층 탄력을 받을 것으로 기대된다.

리튬이온전지는 양극재(리튬 포함), 음극재, 분리막, 전해질로 구성되는데 포스코는 리튬, 양극재, 음극재를 직접 생산하고 있다.

포스코는 2010년 리튬 직접추출 독자기술을 개발한지 7년만인 지난해 광양제철소에 탄산리튬 생산공장 PosLX 를 준공하고 상업생산 중에 있으며, 남미, 호주 등에서 리튬 함유 염수와 광석 확보에 적극 나서고 있다.

또한 2012년에는 포스코ESM을 설립하고 연간 7000톤 규모의 양극재를 생산해 국내외 주요 배터리사에 납품하고 있다. 음극재 사업은 포스코켐텍이 2011년 진출, 국내 최초로 독자기술을 적용한 고용량 전기자동차 배터리용 음극재 양산에 성공하면서 연산 1만 2000톤 규모의 국내 최대 음극재 생산판매 기업으로 자리매김했다.

허재원 hurjaewon@posco.com

포스코 권오준 회장이 미래 먹거리 사업 육성을 위해 강행군에 나섰습니다.

권 회장은 지난 7일 전남 광양제철소 리튬생산(PosLX) 공장 준공식에 이어 10일 경북 구미에 위치한 포스코 ESM(Energy Storage Materials) 양극재 공장을 찾아 생산 현황과 출하 작업을 직접 점검했는데요.

포스코ESM은 전기차 및 노트북, 휴대폰 등 휴대용 IT기기의 배터리인 이차전지 제작에 사용되는 필수 소재인 양극재를 생산하는 회사로, 지난달부터 저속전기차용 고용량 양극재인 ‘PG(POSCO Gradient)-NCM(Nickel Cobalt Manganese)’ 양산에 성공해 LG화학에 납품하고 있습니다. 그동안은 일반 양극재만을 생산 판매해 왔는데요.

이날 권 회장은 포스코ESM 양극재 공장에서 “ESM에서 생산하는 양극재는 포스코의 이차전지 소재 사업에서 필수적인 부분이기 때문에 양극재 사업에 2020년까지 3천억 원을 추가 투자할 계획”임을 밝혀 이차전지 소재 사업을 적극 육성하겠다는 강한 의지를 피력했습니다.

권 회장은 연임 추천을 받고 조직개편과 정기 임원인사를 시행한 직후 리튬생산 공장을 준공하고 양극재 사업 현장까지 직접 챙김으로써 미래 신성장동력 확보 및 비철강 사업부문 강화를 위한 본격 행보에 나서고 있는데요.

이차전지 사업 확장을 위해 포스코는 지난 1월 유상증자로 포스코ESM 지분 75.32%를 확보했습니다. 포스코가 포스코ESM의 경영권을 안정적으로 확보함에 따라 전기차 이차전지용 소재 전문기업으로 적극 성장시켜 나갈 수 있는 토대를 마련할 수 있게 됐습니다.

이와 함께 포스코ESM은 최근 고용량 양극재 양산에 성공함으로써 2012년 양극재 시장에 첫발을 내딛은 후발주자임에도 세계 유수 양극재 생산 기업들과 어깨를 나란히 하게 됐는데요. 현재까지 니켈 80% 이상 고용량 양극재(NCM 방식) 양산이 가능한 업체는 전 세계적으로 포스코ESM을 포함해 두 곳 뿐입니다.

최근 세계 각국의 친환경 정책이 강화됨에 따라 전기차 수요가 급증하고, 산업용 에너지저장장치(ESS), IT용 대용량 배터리 등에 대한 수요도 지속적으로 확산되고 있는데요. 글로벌 이차전지 시장 규모는 지난해 293억 달러에서 오는 2020년 442억 달러까지 성장할 것으로 예상돼 이차전지 소재 시장도 지속적으로 확대될 것으로 전망됩니다.

이차전지 시장 성장에 맞춰 포스코가 이차전지 소재 사업에서 한발 앞서 나갈 수 있었던 것은 지난 50여 년간 철강을 생산하며 고온의 환경에서 각종 소재를 가공해 최종제품을 만들어내는 노하우(know-how)를 축적해 왔고, 포항산업과학연구원(RIST)의 리튬, 니켈, 티타늄, 탄소소재 등 각종 신소재에 대한 30여 년간의 연구 결실이 나타난 결과로 평가됩니다.

한편, 포스코는 앞으로도 포스코의 생산 노하우와 RIST의 연구 역량을 결집시켜 개발한 고유 기술을 바탕으로 마그네슘, 니켈습식제련 등의 고수익 산업을 미래 신성장동력 사업으로 적극 육성한다는 계획입니다.

포스코가 독자기술 개발 7년만에 국내 처음으로 리튬 상업 생산에 들어갑니다.

포스코는 7일 광양제철소 내 리튬생산 공장에서 권오준 포스코 회장을 비롯, 이웅범 LG화학 사장, 조남성 삼성SDI 사장, 우기종 전라남도 정무부지사, 정현복 광양시장, 김종주 산업통상자원부 과장 등 100여명이 참석한 가운데 연산 2,500톤 규모의 리튬생산(PosLX, POSCO Lithium Extraction) 공장 준공식을 가졌는데요.

이날 권오준 포스코 회장은 인사말에서 “많은 제약과 난관에도 오늘의 결실을 맺게 된 것은 미래 성장사업에 대한 비전과 열정이 뚜렷했기 때문”이라며 “향후 배터리용 리튬은 물론, 양극재용 고순도 니켈과 양음극재 개발 등 에너지소재 사업에서 차별화된 기술경쟁력으로 미래 신성장 사업을 육성해 나갈 계획”이라고 밝혔습니다.

김종주 산업통상자원부 과장은 “우리나라는 세계적인 이차전지 생산국임에도 불구하고 주원료인 배터리용 탄산리튬은 전량 수입에 의존하고 있다”며 “포스코가 배터리용 탄산리튬을 자체 생산함에 따라 이차전지 제조기업들이 원료 걱정없이 경쟁할 수 있게 됐다”라고 말했습니다.

포스코는 이번 PosLX 공장으로 연간 2,500톤의 탄산리튬을 생산해 이차전지용 양극재 제작업체인 포스코ESM과 이차전지 제작업체인 LG화학, 삼성SDI에 공급할 예정인데요. 2,500톤의 탄산리튬은 약 7,000만개의 노트북용 배터리를 생산할 수 있는 규모입니다. 그동안 국내 이차전지 제작업체들은 국내 리튬 공급사가 없어 전량 수입에 의존했으나 이번 포스코의 리튬 생산으로 원료 수급에 숨통을 트일 수 있게 됐습니다.

포스코는 이번 PosLX 공장에 사용되는 원료인 인산리튬을 폐이차전지 재활용업체로부터 전량 공급받음으로써 환경 이슈인 폐이차전지의 재활용 분야에서도 한발 앞선 대응할 수 있게 됐는데요. 지난 1월 폐이차전지에서 추출한 인산리튬으로 초도생산한 탄산리튬을 시험 평가한 결과, 입도, 순도, 충방전 효율과 용량 등 품질 기준에서 기존 제품과도 동등한 수준임을 확인했습니다.

향후 포스코는 해외 염호 확보를 통해 탄산리튬의 원료인 인산리튬도 독자적으로 생산할 계획입니다.

포스코 리튬추출기술은 화학반응을 통해 염수나 폐이차전지에서 인산리튬을 추출후 탄산리튬으로 전환하는 공법으로, 평균 12개월에서 18개월가량 소요되는 기존 자연증발식 리튬추출법과 달리 최단 8시간에서 길어도 1개월 내 고순도의 리튬을 추출해 낼 수 있습니다. 리튬 회수율 역시 기존 30~40%에서 80% 이상으로 높아져 우수한 경제성을 자랑하고요. 리튬의 순도도 99.9% 이상으로 끌어올릴 수 있으며 수산화리튬, 칼륨 등 고부가제품의 병행 생산이 가능하다는 것도 장점입니다. 포스코는 현재 리튬추출 관련 100건 이상의 국내 및 해외 특허를 출원한 상태입니다.

최근 모바일 제품의 지속 확대로 리튬이온 이차전지 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 전 세계 배터리용 탄산리튬 수요는 `02년 6천톤에서 `15년 6만 6천톤으로 급성장해왔으며, 향후 전기자동차 및 ESS(에너지저장장치)가 확산됨을 고려하면 `25년에는 18만톤 이상으로 커질 전망인데요. 이에 포스코는 광양제철소 PosLX 공장을 시작으로 국내외 연 4만톤 생산체제를 구축해 글로벌 리튬생산 기지로서의 입지를 확고히 할 계획입니다.

한편, 취임 이후 줄곧 신성장동력의 일환인 리튬사업을 세계시장에서 독보적 위치로 성장시켜 나가겠다고 강조해온 권오준 회장은 최근 미래 성장동력 확보, 비철강 부문 등을 직접 챙기며 그룹 경영에 집중하겠다고 밝힌 만큼 앞으로 리튬사업은 더욱 속도가 붙을 것으로 전망됩니다.