포스코, 이차 전지 핵심 소재 개발 및 리튬 생산 기술로 미래 에너지 산업 리더십 강화

이차 전지는 전기차, 휴대용 전자기기 등 미래 기술의 핵심 구성 요소로 부상하고 있습니다. 포스코는 어떻게 이차 전지의 핵심 소재 개발에 주력하여 미래 에너지 산업을 선도하고 있을까요? 리튬 이온 배터리와 관련된 기술 혁신은 어떤 영향을 미치고 있는지 살펴봅니다. 이 글에서는 포스코의 이차 전지 개발 전략과 성과에 대해 알아보겠습니다.

 

휴대용 전자 제품 시대와 전기 자동차, 로봇의 출현

휴대용 전자 제품, 전기 자동차, 로봇 시대에는 2차 전지(재충전 가능한 배터리)가 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다. 이에 따라 전 세계 기업들이 2차 전지를 새로운 성장 동력으로 인식하고 있습니다.

포스코는 2차 전지의 중요성을 잘 인식하여, 수년 동안 2차 전지용 핵심 소재 개발을 새로운 성장 사업으로 우선시하고 있습니다. 그러나 일반 대중은 이 용어에 대해 대체로 잘 알지 못하고 있습니다. 포스코 뉴스룸이 보도했습니다.

일차 전지와 이차 전지

일차 전지는 시계, 리모컨 등에 사용되며, 한 번 사용하면 다시 사용할 수 없는 배터리입니다. 알칼리 전지가 가장 일반적인 일차 전지의 유형입니다.

이차 전지는 반복해서 충전할 수 있으며, 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되어 있습니다. 리튬 이온 전지는 양극과 음극 소재 사이에서 전해질을 통해 전기를 발생시키는 가장 일반적인 2차 전지 중 하나입니다.

배터리가 충전 중일 때 전자는 분리막을 통해 양극에서 음극으로 이동합니다. 배터리가 방전 중일 때는 그 반대로, 전자가 음극에서 양극으로 이동합니다. 리튬 이온 전지는 전기 자동차, 친환경 교통 수단에 필수적인 것으로 간주됩니다.

포스코 그룹의 2차 전지 소재 개발

포스코 ESM은 현재 양극재를 생산하고 있습니다. 상대적으로 늦게 시작했음에도 불구하고, 포스코 ESM은 세계 최고의 2차 전지 활성 소재 기업들과 기술적으로 비교됩니다. 최근 몇 년 동안 포스코 ESM은 니켈 함량이 80% 이상인 그래디언트 NCM 활성 소재를 세계 최초로 대량 생산하게 되었습니다.

음극재는 양극에서 출발한 리튬을 저장하고 방출하여 전기를 발생시킵니다. 현재포스코 켐텍은 대한민국에서 유일하게 음극재를 대량 생산하는 제조업체입니다. 지난 11월, 포스코 켐텍은 첫 번째 음극재 공장 건설을 완료하고, 2019년 하반기까지 첫 번째 생산 라인 4개를 완성하여 제1차 계획을 마무리했습니다. 이를 통해 연간 2만 톤의 생산 능력을 확보했습니다. 그들은 생산 라인을 10개로 확장할 계획이며, 이후 연간 생산 능력을 5만 톤으로 늘릴 예정입니다.

이달 초 이사회에서, 포스코 켐텍은 포스코 ESM과의 합병을 통해 두 그룹의 에너지 소재 사업 간 시너지 효과를 높이기로 합의했습니다. 양극 및 음극 제조를 각각 담당하는 포스코 켐텍과 포스코 ESM은 에너지 소재 운영 본부로 통합되어, 양극 및 음극 소재에 대한 분산된 사업 구조를 통합할 것입니다. 두 그룹 간의 합병은 2019년 2월 이사회 최종 승인 후 내년 4월쯤 결정될 것으로 예상됩니다.

합병을 통해 포스코 켐텍은 차세대를 이끌어 갈 제품 개발에 더욱 힘써 나갈 것입니다. 합병은 회사의 연구개발 및 마케팅 능력을 강화하고, 생산 비용을 절감하고 판매 노력을 확대함으로써 포스코 켐텍의 경쟁력을 강화할 것입니다.

리튬 이온 전지의 장점

일차 전지와 달리, 이차 전지는 재사용이 가능합니다. 일차 전지는 사용 후 버려져야 하며, 새로운 배터리를 생산하기 위해 더 많은 자원이 낭비됩니다. 또한 일차 전지 내의 화학 물질로 인해 환경 오염이 발생할 수 있는 추가적인 단점이 있습니다. 반면 이차 전지는 500회에서 2,000회까지 사용할 수 있으므로, 경제적이고 환경 친화적입니다.

리튬 이온 전지는 가장 일반적인 2차 전지 형태 중 하나로, 내구성이 뛰어납니다. 같은 용량의 다른 유형의 배터리와 비교하여, 리튬 이온 전지는 무게와 부피가 작게 제작될 수 있습니다. 또한 카드뮴, 납, 수은과 같은 환경 독소를 함유하지 않습니다. 또한 리튬 이온 전지는 충전 용량을 줄이는 메모리 효과가 없으며, 일반 배터리보다 더 많은 전력을 발생시킵니다.

리튬은 전기 자동차와 에너지 저장 시스템(ESS)에 필수적인 소재입니다. 2017년에는 리튬 수요가 20만 1천 톤에 이르렀고, 2025년에는 70만 톤으로 3배 급증할 것으로 예상됩니다.

리튬은 큰 성장 잠재력을 가지고 있습니다. 포스코는 지난 8년 동안의 노력을 통해 리튬 상업화 초기 단계에 도달했습니다. 2010년에는 세계 최초로 직접 추출 기술을 개발했습니다. 2013년부터 2015년까지는 칠레와 아르헨티나에서 리튬을 시험 생산에 성공했습니다. 2016년에는 광양제철소에 2,500톤 규모의 데모 플랜트를 건설했고, 지난해 2월부터 리튬 카보네이트를 생산하고 있습니다.

올해 포스코는 고성능 전기 자동차 배터리에 주로 사용되는 리튬 수산화물을 성공적으로 제조했습니다. 리튬 수산화물의 공정 제어가 매우 복잡한 것으로 알려져 있는 만큼, 포스코의 성과는 특별한 의미가 있습니다. 포스코의 리튬 수산화물 국산화 성공으로 인해, 수입에만 의존하던 한국 기업들은 국내에서 생산된 고급 리튬 수산화물로 공급받을 수 있게 되어, 한국의 리튬 이차 전지 산업 경쟁력이 향상됩니다.

리튬은 모든 금속 중 가장 가벼운 알칼리 금속에 속하며, 원자 번호가 3인 것으로 세계에서 세 번째로 가벼운 물질입니다.

 

이차전지는 미래산업의 백금

최근에는 이차 전지가 미래 성장 산업으로 부상함에 따라 리튬이 미래 산업의 쌀이나 '새로운 백금'으로 불리고 있습니다. 휴대용 전자 제품, 모바일 폰, 노트북 외에도, 전기 자동차와 로봇 기술에 필수적인 이차 전지 제조를 위한 핵심 소재로 주목받고 있습니다.

일반 배터리와 비교하여, 리튬 기반의 이차 전지는 더 높은 전압을 더 작은 무게로 발생시킵니다. 일반 배터리의 전압은 약 1.3 ~ 2 볼트인 반면, 리튬 함유 배터리는 3 볼트 이상의 전기를 발생시킵니다. 또한, 다른 금속 이온에 비해 더 작고 가볍기 때문에 단위당 높은 에너지 밀도를 가집니다.

포스코는 원래 염수용액에서 리튬 추출 기술을 기반으로 리튬 사업 프로젝트를 추진했으나, 염수 호수를 확보하는 데 지연이 발생해 새로운 도전 과제가 생겼습니다. 그러나 포스코는 폐 이차 전지에서 리튬을 생산하고, 광석 리튬 농축에서 리튬을 추출하는 두 가지 혁신 기술을 개발하여 이 위기를 독특한 기회로 전환하는 데 성공했습니다.

올해 10월에는 포스코가 리튬 광석을 제조할 수 있는 시설을 완성했습니다. 광석 기반의 리튬 생산이 현실이 되었습니다. 2021년부터 포스코는 아르헨티나의 염수 호수에서 채굴 권리를 획득한 리튬을 생산할 예정입니다.

폐 이차 전지, 리튬 광석, 염수 호수를 활용한 세계 유일의 리튬 생산 시스템을 확보함으로써, 포스코는 연간 5만 5천 톤의 리튬을 생산할 것으로 예상되며, 이는 약 110만 대에서 120만 대의 전기 자동차용 배터리를 생산하는 데 사용됩니다.

탑 100 개혁과제 발표

지난달 포스코는 최정우 CEO 취임 100일을 기념하여 '탑 100 개혁 과제'를 발표했습니다. 포스코는 양극재와 음극재 재료 사업을 통합하고 이차 전지 재료 연구소를 설립함으로써 고객을 위한 맞춤형 제품을 개발하여 이차 전지 시장을 선도하고 있습니다. 2030년까지 이 사업을 150억 달러(약 17조 원) 규모의 사업으로 성장시키고 전 세계 시장 점유율의 20%를 차지하는 것을 목표로 하고 있습니다.

또한, 포스코 켐텍은 강철 제조 과정에서 발생하는 부산물을 활용하여 바늘 코크스 생산 시설을 설립함으로써, 음극재 및 전극의 원료가 되는 고부가 가치 탄소 소재 분야로 사업 영역을 확장할 계획입니다.

포스코의 이러한 노력들은 이차 전지 산업의 경쟁력을 강화하고, 전기차 및 휴대용 전자기기와 같은 미래 기술에 필수적인 리튬 이온 배터리를 제공함으로써 지속 가능한 에너지 솔루션에 기여하게 됩니다. 이렇게 하여 포스코는 전 세계적인 이차 전지 시장에서 주요 역할을 하는 기업으로 자리매김하게 될 것으로 기대됩니다.

한편, 포스코는 리튬 이외에도 전지 성능을 향상시키기 위한 다양한 기술 개발을 추진하고 있습니다. 예를 들어, 고효율 전기차 배터리를 위한 고용량 양극재 및 고성능 음극재 개발, 전지 성능을 향상시키는 전해질 개선, 배터리 안전 및 수명 연장을 위한 새로운 구조 및 소재 연구 등이 진행되고 있습니다.

이처럼 포스코의 지속적인 연구 개발과 혁신을 통해 전기차, 휴대용 전자기기, 에너지 저장 시스템 등의 산업이 성장하고 발전할 수 있는 기술 지원을 제공하게 될 것으로 예상됩니다.

 

 

포스코는 이차 전지 핵심 소재 개발에 주력하여 미래 에너지 산업에 강력한 영향력을 발휘하고 있습니다. 전기차, 에너지 저장 시스템, 휴대용 전자기기 등에 필수적인 리튬 이온 배터리를 공급하며 지속 가능한 에너지 솔루션에 기여합니다. 포스코 켐텍과 포스코 ESM의 통합을 통해 에너지 소재 사업의 시너지를 강화할 계획인데요. 리튬의 수요가 증가함에 따라, 포스코는 글로벌 리튬 시장에서 주요 역할을 하는 기업으로 성장하고 있습니다. 이러한 노력을 통해 포스코는 이차 전지 산업의 선도 기업으로 자리매김할 것으로 전망되고 있습니다.