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2차전지 소재, 인조흑연 음극재 국산화 첫발

2차전지 소재, 인조흑연 음극재 국산화 첫발

2020/07/09

“안녕하세요? 포스코 이차전지 소재사업실이죠? 지난번 설명해 주신
‘포스코가 선택한 미래 먹거리, 2차전지 소재’관련 추가적으로 질문이 있어서 연락드렸습니다.
이번에 최초로 국산화에 성공한 인조흑연 음극재 관련인데요?”

2차전지, 배터리 관련 문의가 들어오는 이곳은 포스코 이차전지 소재사업실… 전기차 공급용 2차전지 관련 관심이 엄청난 요즘, 포스코 뉴스룸이 담당자를 직접 찾아가 설명을 들어보았다.


포스코케미칼이 전기차 배터리 핵심소재인 인조흑연 음극재 공장을 착공했다고 들었는데요, 이게 어떤 건지 또 포스코그룹에게 어떤 의미를 가지는지 설명 부탁드립니다!

l 인조흑연 음극재 공장 착공

네, 포스코케미칼은 7월 2일 포항시 동해면에서 인조흑연 음극재 생산공장 착공식을 가졌어요.

인조흑연 음극재 공장은 포항시 블루밸리국가산업단지 내 서울 상암 축구장의 약 11배 규모인 78,535㎡ 부지에 2,189억 원을 투자해 건립되는데요, 2023년 완공을 목표로 연산 1만 6천 톤 규모의 공장 조성할 예정이에요.

1만 6천 톤 규모가 감이 안 잡히죠? 간단하게 설명드리면, 전기차 1대 기준으로 필요한 음극재 양이 약 38kg인데요, 그렇게 본다면 음극재 1만 6천 톤은 60kWh 기준 전기차 약 42만 대에 공급할 수 있는 엄청난 양이라고 할 수 있죠.

l 인조흑연과 천연흑연의 차이

음극재는 배터리 핵심소재 중 하나인데, 원료에 따라 인조흑연계와 천연흑연계로 나뉘어요. 인조흑연 음극재는 고온의 제조 공정에서 결정성을 높일 수 있어 천연흑연 제품에 비해 내부 구조가 균일하고 안정적이기까지 하죠. 이런 특성으로 전기차 배터리에 필수적인 긴 수명과 급속충전에 장점이 있어요.

음극재의 생산과정을 보면, 먼저 포스코에서 코크스 제조 시 발생하는 콜타르를 공급해요, 그다음 포스코케미칼 자회사 피엠씨텍(PMCTECH)에서 콜타르를 가공해 인조흑연의 원료인 침상코크스로 만들어요.

그 침상코크스를 아래와 같은 흑연화 공정을 거치게 되면, 배터리의 소재인 인조흑연이 완성돼요.

침상코크스를 적정한 사이즈로 갈아낸 후, 원하는 상태로 뭉쳐내면 음극재로서의 기본 형상이 만들어집니다. 이 탄소 덩어리를 3,000℃ 이상의 고온에서 가열하면 전기차 배터리에 사용되는 인조흑연 음극재가 완성돼요.

천연흑연은 땅속에서 탄소 성분이 오랜 시간 고온/고압 상태로 층층이 쌓인 판상형 형태를 띕니다. 판상형 사이의 틈으로 리튬 이온이 이동하면서, 전류가 흐르게 되는 거예요. 하지만 천연흑연은 전류의 이동경로가 양옆 두 곳 밖에 없어서, 충·방전 효율이 떨어져요. 그리고 배터리를 계속 사용하면 층이 벌어져서 부풀게 되기도 하죠. 이게 배터리 스웰링 현상이에요.

하지만 인조흑연은 위의 그림에서 볼 수 있듯이 리튬 이온의 이동 경로가 많아서, 효율이 높아 급속충전에 유리하고, 등방형 구조의 안정적인 상태이기 때문에, 천연흑연에 비해 상대적으로 스웰링이 적고 배터리 수명을 늘릴 수 있어요.

l 음극재 인조흑연 국산화

지금까지 일본과 중국 등에서 전량 수입해왔던 인조흑연 음극재가 국산화되면서, 국내 배터리 산업의 경쟁력도 크게 높아지게 되었어요. 포스코케미칼은 인조흑연 원료인 침상코크스도 자회사 피엠씨텍을 통해 생산하면서 원료부터 공정까지 완전한 국산화를 이뤘어요. 안정적인 원료 공급이 가능할 뿐 아니라, 탄소소재 사업 밸류체인을 고도화하고 부가가치도 극대화할 수 있게 되었죠.

이번 사업 진출은 퀀텀 점프(Quantum Jump)라 불릴 만한 전기차 시장의 성장세에 적극 대응할 수 있는 기반을 구축했다는 데에도 큰 의미가 있어요. 포스코케미칼은 하이니켈 양극재, 천연흑연 음극재에 이어 인조흑연 음극재까지 포트폴리오를 확대하며 이차전지 종합 소재사로서의 시장 지위를 더욱 강화할 수 있게 됐어요.

코로나19 등으로 글로벌 경제 불확실성이 높아진 상황에서도, 포스코 그룹 차원에서 신성장 동력으로 추진해 온 이차전지 소재사업의 연구 개발과 선제적 투자로 미래 성장을 이어갈 수 있게 되었다는 평가를 받아요

포스코케미칼은 향후에도 이차전지 소재연구센터를 통해 차세대 기술 개발을 가속화해 미래 수요에 대비해 나갈 계획이예요. 뿐만 아니라, 2023년 국내 연산 기준으로 천연흑연 음극재 10만 5천 톤, 인조흑연 음극재 1만 6천 톤, 양극재 9만 톤까지 증설 투자를 지속적으로 확대해 글로벌 점유율을 높이고 성장을 지속해 나간다는 계획이에요.


미래 자동차 시장을 재편할 것으로 기대되는 전기차를 중심으로 자동차 강판부터 전기차 핵심인 2차전지 소재 공급까지 앞으로 더 성장할 포스코의 활약을 많이 많이 기대해 주세요.

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