포스코경영연구원 박재범 수석연구원

올해 초, 뜨거운 열기 속에 열린 ‘CES 2026’에서 가장 큰 화제로 떠오른 분야는 휴머노이드 로봇이었습니다. 전시 직후, 휴머노이드 로봇에 대한 관심이 커지면서 로봇 관련 기업들의 주가가 크게 상승하기도 했죠. 휴머노이드 로봇은 고강도 노동이 필요한 작업장에서 인간을 대신해 위험하거나 복잡한 작업을 수행할 수 있는 로봇으로, 실생활은 물론 산업 현장 전반에 걸친 다양한 분야에서의 활용 가능성이 주목받고 있습니다.

▲CES 2026에서 공개된 ‘차세대 전동식 아틀라스 연구형 모델’(왼쪽), ‘차세대 전동식 아틀라스 개방형 모델’(오른쪽). [※사진 출처 : 현대자동차그룹]

로봇, 특히 휴머노이드는 배터리 탑재 가능 공간에 한계가 있습니다. 전기차와 달리 많은 양의 배터리를 탑재하기 어렵기 때문에 배터리 용량에 한계가 있는 것이죠.* 이에 따라 로봇에는 무게·부피당 에너지 밀도가 높은 배터리가 필수적입니다. 또한 로봇은 무거운 물체를 들 수 있어야 하고 순간적으로 빠른 동작이 필요할 때도 있기 때문에, 배터리 성능에서 높은 출력도 중요한 요인으로 작용할 것으로 보입니다. 전고체 배터리는 향후 이러한 요구 조건을 충족할 수 있을 것으로 평가받지만, 아직은 상용화 전 단계에 머물러 있어 가격이 매우 높습니다.

그러나 전체 원가에서 배터리가 차지하는 비중을 살펴보면, 전기차와 로봇 간에는 분명한 차이가 있습니다. 상대적으로 배터리 원가 비중이 높은 전기차와 달리 로봇에서는 배터리가 차지하는 가격 비중이 상대적으로 낮아, 전고체 배터리를 탑재하더라도 로봇 가격의 인상폭이 전기차 보다 적습니다. 이로 인해 전고체 배터리가 상용화될 경우 초기 적용 가능한 분야로 휴머노이드 로봇이 유력하게 거론되고 있는 것입니다.

*EV 1대 (30~100kWh) vs 로봇 1대 (2~4kWh)

이러한 기술적 장점과 시장의 높은 기대에도 불구하고 전고체 배터리가 단기간 내 상용화로 직결되기는 어렵습니다. 양산 공정에서 해결해야할 문제는 차치하고 생각해봐도 여전히 높은 비용이라는 장벽이 존재하기 때문입니다.

휴머노이드 로봇의 상용화 가격을 대당 5000달러로 가정했을 때, 삼원계인 NCM(니켈·코발트·망간) 배터리를 LFP 배터리로 전환하더라도 로봇 가격의 인하 폭은 약 1.9%에 불과합니다. 즉, 로봇은 대당 배터리 사용량이 적어 LFP를 사용해도 전기차만큼의 원가 절감 효과를 기대하기 어렵습니다. 전고체 배터리를 적용할 경우에는 어떨까요? 로봇 가격은 약 14~17%가 상승하고, 배터리가 차지하는 원가 비중도 20~24% 수준까지 높아지는 것으로 추산 가능합니다.

로봇의 특성과 용도에 따라 차이는 있겠지만, 업계에서는 휴머노이드 로봇에서 배터리가 차지하는 적정 원가 비중을 약 10% 수준으로 보고 있습니다. 휴머노이드의 심장인 배터리 외에도 관절에 해당하는 액추에이터(Actuator), 손에 해당하는 그리퍼(Gripper), 머리에 해당하는 AI 등 필요로 하는 부품과 모듈이 많아 배터리에 많은 원가 비중을 할애하기 어렵기 때문이죠. 따라서 전고체 배터리 적용에 따른 로봇 성능 개선을 감안해 원가 비중을 최대 15%까지 가능하다고 가정하더라도 전고체 배터리 가격은 kWh당 350달러 수준까지 하락할 필요가 있습니다.

전고체 배터리 상용화의 핵심 과제

전고체 배터리 가격이 높은 이유는 양산 공정이 안정화되지 못해 대량 생산 체제가 구축되지 못한 것이 가장 큰 요인이지만, 핵심 소재인 고체전해질의 가격이 높은 것도 주 요인인데요. 고체전해질 소재만으로도 리튬이온 배터리의 가격을 웃도는 수준이죠. 이는 고체전해질의 핵심 원료인 황화리튬(Li₂S) 가격이 약 500달러/kg로 여전히 높고, 주로 랩·파일럿 라인에서 제조되고 있어 생산량이 증가함에 따라 평균 가격이 감소하는 ‘규모의 경제 효과’가 발생하지 못하고 있기 때문입니다. 전고체 배터리가 리튬이온 배터리 대비 가격 경쟁력을 확보하려면 고체전해질 가격이 kg당 30달러 수준까지 떨어져야 할 것으로 보입니다.

상용화를 위해서는 가격뿐 아니라 기술적인 과제도 남아 있습니다. 전고체 배터리의 안전성 개선은 핵심 소재인 고체전해질 적용만으로도 가능하지만, 궁극적으로 에너지 밀도를 높이기 위해서는 다른 소재의 개선도 병행이 필요하기 때문입니다. 또한 피크 출력(수초~수십초) 향상을 위해서는 이온전도도 향상과 계면 저항 극복이라는 기술적 난제들도 풀어야 합니다. 현재 글로벌 주요 기업들은 이러한 한계를 극복하기 위해 소재 중심의 R&D를 활발히 추진하고 있습니다.

여러가지 이슈에도 불구하고 전고체 배터리는 여전히 로봇에 매우 적합한 차세대 배터리 기술로 거론되고 있습니다. LFP 배터리 대비 안전성이 높을 뿐만 아니라 에너지 밀도의 개선 여지가 매우 크기 때문입니다. 이를 통해 로봇의 작업 시간은 물론 수초에서 수십 초에 이르는 피크 출력 성능까지 향상 가능할 것으로 기대를 모으고 있죠. 결국 전고체 배터리 적용에 따른 비용 증가 부담을 상쇄할 수 있을 정도로 에너지 밀도, 피크 출력, 안전성 등 로봇 성능의 실질적 개선이 명확히 입증되는지가 향후 상용화 판단의 핵심 기준이 될 것으로 보입니다.

전고체 배터리는 오랫동안 ‘꿈의 배터리’로 불리며 이차전지 시장에서 큰 기대를 받아 왔지만, 아직은 리튬이온 배터리와 유사한 수준의 양산성과 가격 경쟁력을 확보해야 하는 과제가 남아 있습니다. 지금까지는 전고체 배터리를 사용할 수 있는 적합한 수요처가 제한적이었으나, 최근 그 예상을 뒤엎고 시장 개화 시점이 앞당겨질 가능성도 제기되고 있습니다.

① 전기차보다 먼저? 로봇 시장 적용 가능성

국내 배터리 기업 가운데 전고체 배터리 양산 시점을 비교적 구체적으로 제시한 곳 중 하나로는 삼성SDI가 꼽힙니다. 삼성SDI는 2027년을 목표로 전고체 배터리 양산을 추진하고 있으며, 로봇을 포함한 다양한 신규 응용 분야에서의 활용 가능성도 검토하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 계획이 현실화될 경우, 기존의 전기차 아닌 로봇 등 일부 비(非)자동차 분야에서 전고체 배터리가 먼저 적용될 가능성도 있습니다. 특히 로봇은 전기차와 비교할 때 샘플 테스트 단계와 인증 절차 측면에서 상대적으로 유연하기 때문에, 시장 환경이 급변할 가능성도 충분히 존재합니다.

② 중국의 전고체 배터리 국가 표준안 발표

한편, 글로벌 정책 환경 변화 역시 전고체 배터리의 시장 개화 시점을 앞당기는 요인으로 작용하고 있습니다. 중국 정부는 최근 전고체 배터리 관련 국가 표준안을 발표하며 용어와 분류 체계를 정립했는데요. 이는 로봇, eVTOL* 등 차세대 응용 분야를 중심으로 시장 주도권을 확보하겠다는 전략적 움직임으로 해석됩니다. 중국 주요 배터리 기업들도 2027년 전후 전고체 배터리 상용화를 목표로 개발을 가속화하고 있으며, 정부 지원이 병행될 경우 초기 원가 부담도 일부 완화될 것으로 전망됩니다. 이러한 국가 표준 제정과 정책 지원은 기술 완성도와 별개로 시장 형성 속도를 앞당기는 역할을 할 수 있다는 점에서 의미가 있습니다. 이에 따라 국내에서도 핵심 소재의 생산 기반 확보와 차세대 배터리 R&D 지원 확대 등 정책적 대응을 모색하고 있습니다.

*eVTOL (Electric Vertical Take-Off and Landing) : 전기 수직 이착륙 장치로, 전력을 사용해 수직으로 호버링(hovering), 이륙·착륙하는 항공기

③ 상용화까지의 시간, ‘피벗 전략’이 중요

2027년 전고체 배터리의 초기 양산 및 파일럿 단계 가격은 400~600달러/kWh로 추정되며, 여전히 상업 생산 규모로의 전환은 2030년 이후에나 될 가능성이 커 보입니다. 다만 향후 3~4년은 시장에서 전고체 배터리가 주기적으로 이슈화되면서 상용화를 위한 소재 공급망 구축이 병행될 것으로 예상됩니다. 이처럼 급변하는 상황에서 리튬이온 배터리 경쟁력을 강화하면서도 전고체 배터리 시장이 열릴 경우 즉시 전환할 수 있는 ‘피벗(Pivot) 전략*’을 사전에 준비할 필요가 있다는 주장도 제기되고 있습니다. 이는 전고체 배터리 시장 개화를 마냥 기다리는 것 보다는, 기존 리튬이온 배터리 경쟁력을 강화하면서 동시에 전고체 배터리로의 빠른 전환에 유연하게 대처하기 위한 전략적 준비가 필요하다는 것을 시사하고 있습니다.

*피벗(Pivot) : 기존의 중심은 유지한 채 방향이나 전략을 전환하는 것.

포스코그룹은 전고체 배터리용 양극재, 리튬메탈 음극, 고체전해질 등 핵심 소재에 대해 선제적으로 연구·개발 및 투자를 지속해 왔습니다. 포스코그룹은 전고체 배터리의 핵심인 고체전해질 사업 경쟁력 확보를 위해 2022년 2월 ㈜정관에 지분 40%를 투자해 포스코JK솔리드솔루션을 설립하고, 파일럿 공장을 운영중으로 글로벌 배터리사 및 OEM사를 대상으로 샘플테스트를 진행 중에 있습니다.

또한 대만의 프롤로지움, 미국의 팩토리얼 에너지 등 주요 전고체 배터리 기업들과의 공동연구 협약, 지분 투자 등을 통해 고체전해질, 고용량 양극재, 실리콘 음극재 등 차세대 소재 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 아울러 황화물계 고체전해질 원가에서 높은 비중을 차지하는 핵심 원료인 황화리튬을 보다 경제성 있게 생산하기 위한 기술 내재화도 추진 중입니다.

▲포스코퓨처엠 포항 양극재 공장 전경.

최근 포스코퓨처엠은 미국 메사추세츠 주에 본사를 둔 전고체 배터리 기업 팩토리얼(Factorial)과 전고체 배터리 기술 개발을 위한 MOU를 체결했습니다. 이번 협력을 통해 포스코퓨처엠의 소재 기술과 팩토리얼의 글로벌 파트너십 역량이 결합되어 전고체 배터리 시장에서 경쟁력 확보 가능할 것으로 기대를 모으고 있습니다.

이처럼 포스코그룹은 소재 설계 기술과 코팅 기술을 보유한 포스코퓨처엠을 중심으로 전고체 배터리용 양극재, 실리콘·리튬메탈 음극재, 황화물계 고체전해질 등 전고체 배터리의 핵심 소재 포트폴리오를 지속적으로 확대해 나갈 예정입니다.

* 참고자료
– 아시아경제, ‘26.2.2., “[컨콜] 삼성SDI, 내년 전고체 배터리 양산… 다양한 로봇 업체와 협력 중”
– 모빌리티 인사이트, ‘26.2.4., “휴머노이드 로봇의 ‘2시간 한계’ 상용화 조건은 전고체”
– McKinsey, ‘26.1.1., “Battery 2035: Building new advantages”
– 중국 신화넷, ‘26.1.14., “工业和信息化部：加快突破全固态电池、高级别自动驾驶等技术”
– CNEVPOST, ‘25.12.31., “China begins seeking public input on national standard for EV solid-state battery”
– China Daily, ‘26.1.16., “NEV sector surging full steam ahead”

급변하는 세계경제 속에서 주목해야 할 최신 글로벌 경제 및 산업 이슈는 무엇일까요? 포스코경영연구원 전문가들이 포스코그룹의 주요 사업과 관련한 글로벌 산업, 경제 동향을 심층 분석해 드립니다. 올해 글로벌 전기차 시장은 전년 대비 약 20% 성장하며 견조한 흐름을 이어가고 있습니다. 그러나 미국의 전기차 보조금 폐지, 중국과 유럽의 정책 변화 가능성 등 여러 변수가 맞물리면서 2026년 글로벌 전기차 시장은 중요한 전환점을 맞을 것으로 예상되는데요. 포스코경영연구원 박수항 연구원과 함께 글로벌 전기차 시장의 핵심 이슈와 향후 동향을 짚어봅니다.

포스코경영연구원 박수항 연구원

전 세계가 지속가능한 미래를 위해 환경 문제에 대해 함께 고민해 오면서 친환경차에 대한 수요도 점차 확대되고 있습니다. 전체 승용차 신차 판매량 중 전기차가 차지하는 비율을 ‘전기차 침투율’이라고 하는데요. 올해 3분기 기준 글로벌 전기차 침투율은 27.3%를 기록했습니다. 즉, 전 세계에서 판매되는 승용차 4대 중 1대 이상은 전기차라는 뜻이죠. 주요 국가별로는 중국이 52%로 1위를 유지하고 있으며 그 뒤를 유럽 31%, 한국 21.8%, 북미 12.6%가 뒤따르고 있습니다.

블룸버그 뉴에너지 파이낸스(BNEF)는 올해 글로벌 전기차 시장이 전년 대비 약 20% 성장해 연말까지 2140만 대의 판매량을 기록할 것으로 내다봤습니다. 전기차 판매량 역대 최고치를 다시 쓰는 셈입니다.

주요 국가 가운데 가장 눈에 띄는 곳은 단연 중국입니다. 중국은 2020년 이후 ‘세계 최대 전기차 시장’ 자리를 굳건히 지켜왔는데요. 올해도 전년 대비 24% 성장하며 연말까지 1410만 대를 판매할 것으로 예상됩니다. 이는 전 세계 전기차 판매량의 약 3분의 2를 차지하는 규모입니다.

유럽도 눈여겨볼 만합니다. 올해 연말까지 전기차 380만 대 판매, 전년 대비 22% 성장할 것으로 예상되는데요. 흥미로운 점은 프랑스 등 역내 주요국의 정치적 불확실성과 경기 악화로 전체 승용차 판매량은 감소하는 상황에서도 오히려 전기차 판매 실적만큼은 증가했다는 점입니다. 특히 3분기 전기차 판매량은 전년 동기 대비 34%나 증가해 같은 기간 중국의 성장률(11%)을 크게 앞질렀습니다.

반면 미국의 분위기는 조금 다릅니다. 올해 미국의 전기차 판매량은 약 160만 대로, 증가율이 4%에 그칠 것으로 전망되는데요. 이러한 둔화 양상은 전기차 보조금 정책 변화가 큰 영향을 미친 것으로 해석됩니다.

미국은 2022년 8월 인플레이션감축법(IRA)*을 발효하고, 북미 생산과 배터리 요건 등을 충족하는 전기차를 새로 구매할 경우 최대 7500달러(약 1100만 원)의 세액공제를 지원해 왔습니다. 애초 이 제도는 2032년까지 유지될 예정이었으나, 트럼프 행정부 출범 이후 약 7년 앞당겨 지난 9월부로 조기 종료되었죠. 이 영향은 판매 지표에서도 뚜렷하게 나타났는데요. 전기차 보조금이 지급되던 마지막 달인 9월에는 판매량이 전년 대비 37% 급증했지만, 보조금 지급이 끝난 10월 이후에는 판매가 빠르게 감소한 것으로 나타났습니다.

전년도 대비 가장 가파른 성장을 기록한 곳은 한국입니다. 올해 3분기 판매 실적이 전년 대비 무려 77%나 성장했는데요. 지난해 판매 부진에 따른 기저효과가 크게 작용한 것으로 보입니다.

*미국 인플레이션 감축법(Inflation Reduction Act) : 2022년 발효된 미국 법안으로, 인플레이션 완화, 기후변화 대응(청정에너지), 의료비 지원, 법인세 인상 등을 목표로 약 4,370억~4,850억 달러 규모의 재정을 투자하는 법안

전기차는 파워트레인(동력 전달 방식)에 따라 여러 유형으로 나뉘는데요. 지역별 정책·인프라 상황에 따라 파워트레인 수요가 다변화되면서 전기차 판매 흐름에도 변화가 나타나고 있습니다.

올해 10월까지의 파워트레인별 글로벌 전기차 판매 추이를 살펴보면, BEV(순수 EV) 비중이 65%로, 전년 63% 대비 소폭 상승했습니다. 이러한 변화는 중국 시장의 영향이 미친 것으로 풀이됩니다. 한동안 빠르게 늘던 중국의 PHEV(하이브리드 EV) 판매 성장 속도가 다소 완화된 것이 주요 요인인데요. 중국의 전기차 판매에서 PHEV가 차지하는 비중은 39%로 여전히 높은 수준이지만, 전년 대비 4%포인트 하락했습니다.

중국은 다른 주요 시장보다 PHEV 비중이 상대적으로 높은 편인데요. 이는 중국이 PHEV를 ‘신(新)에너지차’ 범주에 포함해 해당 차량 구매 시 세금 면제와 번호판 규제 완화 등의 혜택을 제공해 왔기 때문입니다. 여기에 지방 도시의 충전 인프라 부족, 로컬 브랜드의 PHEV용 고효율 엔진 개발을 통한 상품성 개선 등이 더해지며 PHEV 수요는 성장 속도는 둔화했지만, 일정 수준을 유지하고 있는 상황입니다.

한편 BEV 중심이던 유럽과 미국 시장에서도 변화의 움직임이 나타나고 있습니다. 유럽과 미국은 BEV 판매 비중이 각각 70%, 80% 내외로 아직까지는 중국보다는 매우 높은 수준을 유지하고 있습니다. 하지만 최근 여러 완성차 업체들이 EREV(주행거리 연장형 EV)를 포함한 PHEV 라인업 확대에 나서면서 장기적으로는 파워트레인 비중에도 변화가 생길 가능성이 있어, 향후 추이를 조금 더 지켜볼 필요가 있겠습니다.

이처럼 파워트레인 구성이 다변화되는 가운데서도 전기차용 배터리 수요는 꾸준한 증가세를 이어가고 있습니다. EV Volumes와 포스리 자료에 따르면 올해 글로벌 전기차용 배터리 사용량은 전년 대비 약 24% 증가해 연말 기준 처음으로 1TWh를 넘어설 전망입니다. 실제로 10월까지 누적 사용량은 약 880GWh로, 이미 지난해 연간 사용량(870GWh)을 초과한 상태인데요. 지역별로 보면 중국이 전체 배터리 사용량의 57%를 차지하며 단연 선두에 위치해 있고, 그 뒤를 유럽 19%, 북미 12%가 뒤따르고 있습니다.

이러한 견조한 성장에도 불구하고, 내년에는 전기차 시장의 성장세가 둔화할 수 있다는 전망도 나오는데요. 미국을 비롯해 중국, 일본 등이 전기차 관련 세제 정책을 잇달아 손보기 시작하면서 글로벌 전기차 시장이 중대한 변곡점을 맞고 있기 때문입니다. 특히 미국이 전기차 구매 보조금 지급을 중단하면서 수요 위축이 불가피해졌고, 글로벌 전기차 판매량의 84%를 차지하며 성장의 핵심 역할을 해온 중국과 유럽 역시 정책 변화가 예고된 상황입니다. 이에 따라 두 지역의 정책 방향이 글로벌 전기차 시장 전체에 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

중국의 올해 3분기 전기차 판매량은 전년 동기 대비 11% 증가했지만, 이는 2021년 이후 가장 낮은 분기 성장률입니다. 이러한 이유에는 몇 가지 요인이 작용했습니다.

첫째, 중국 정부는 지난 6월 자국 전기차 산업의 질적 성장을 유도하기 위해 완성차 업체들에 과도한 가격 할인 경쟁을 자제하라는 지침을 내렸습니다. 이에 주요 업체들은 할인 폭을 크게 낮추고, 판매량 경쟁보다 수익성 확보에 초점을 맞추는 방향으로 전략을 전환했습니다.

둘째, 지방정부 보조금이 예상보다 빠르게 소진된 점도 영향을 미쳤습니다. 일부 지역에서는 예산이 조기 소진되면서 보조금 지급이 중단되거나 추첨 방식 등으로 변경되면서 지원 규모가 축소됐습니다.

이러한 변화는 중국 전기차 시장이 지금까지의 양적 성장 중심의 모습에서 벗어나 체질 개선을 통한 질적 성장 단계로 전환되고 있음을 시사합니다. 이에 따라 중국 정부는 전기차 구매자에게 제공해 온 각종 지원책의 단계적 혜택의 축소를 예고했습니다. 실제로 중국은 2026년 1월부터 전기차 등에 대한 세제 감면이 현행 ‘전액 면제’에서 ‘50% 면제’로 줄어들고, 세액 공제를 받기 위한 PHEV의 순수 전기 주행거리 기준도 기존 43km에서 100km로 대폭 상향할 계획입니다. 이러한 정책 변화는 가격에 민감한 자동차 소비자의 구매 결정에 적지 않은 영향을 미칠 것으로 예상되는데요. JP모건은 이러한 보조금 축소의 영향으로 2026년 중국의 전기차 판매 성장률이 15% 수준까지 급락할 수 있다고 전망했습니다.

올해 유럽 전기차 시장이 반등한 주요 배경은 강화된 탄소배출 규제에 대응하기 위해 자동차 제조사들이 전기차 판매를 늘릴 필요가 있었기 때문입니다. EU는 2025~2027년 동안의 평균 이산화탄소 배출량을 2021년 대비 15% 낮추도록 규정하고 있는데요. 만약 이를 준수하지 못할 시, 자동차 제조사에 이산화탄소 초과 배출량 1g당 95유로의 과징금을 부과해 왔죠. 자동차 제조사가 과징금을 피하려면 전체 판매량의 약 30% 이상을 전기차로 판매해야 하는 상황이었습니다. 유럽 환경단체 T&E(Transport & Environment)는 해당 규제를 근거로 유럽 완성차 업체들이 2027년까지 평균 전기차 점유율을 25%까지 높일 것으로 전망하기도 했습니다.

하지만 이러한 예측이 빗나갈 가능성도 제기됩니다. EU는 2021년 EU 탄소감축입법안을 통해 2035년부터 하이브리드 자동차를 포함한 내연기관 신차 판매 전면 금지를 제안했으며, 해당 안은 2023년 최종 법제화되었는데요. 그러나 해당 규제가 중국과 미국 시장에서 고전하고 있는 유럽 자동차 산업의 경쟁력을 더 악화할 것이라는 업계 반발이 커지자 최근 EU 집행위원회는 내연기관차 판매 금지 규정의 완화 가능성을 언급하며 이산화탄소 배출 규제 자체를 재검토하겠다고 밝혔습니다. 다만 포집한 이산화탄소로 만든 합성연료(e-fuel) 등 탄소저감 연료를 사용하는 경우 내연기관차 판매를 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 등 추가적인 조건을 붙일 것으로 예상됩니다.

2027년까지 유럽은 강화된 탄소배출 규제를 기반으로 전기차 수요가 확대될 것으로 예상됩니다. 다만 이러한 전망에도 불구하고, 최근 2035년 내연기관 금지 규정 완화 가능성과 이산화탄소 규제 재검토 논의 등 정책 방향성이 불확실해짐에 따라 유럽 시장을 마냥 낙관적으로만 바라보기는 어려운 상황입니다.

한편 중국은 내수 전기차 침투율이 이미 50%를 넘어서면서 성장 속도가 크게 둔화하고 있는데요. 이로 인해 앞으로 중국 기업들은 해외 시장으로의 진출을 본격화할 수밖에 없을 테고, 특히 유럽 시장에서 중국 브랜드 간 경쟁은 더욱 치열해질 전망입니다.

이처럼 글로벌 전기차 시장은 향후 몇 년간 큰 수요 변동성이 예상됩니다. 공격적인 현지 설비 투자전략보다는 협력 기반의 여러 시나리오를 열어둔 유연한 전략을 펼치는 것이 더욱 중요해지고 있는 시점인데요. 따라서 기업들은 이러한 불확실성에 대비해 ESS(Energy Storage System, 에너지 저장 장치)나 비(非) 모빌리티 분야 등으로 수요처를 다변화하여 리스크를 완화하고, 지속가능한 안정적 성장 기반을 마련할 필요가 있어 보입니다.

최근 전기차와 ESS(에너지저장장치) 등 미래 에너지 산업이 빠르게 성장하면서 이차전지소재 산업도 변화의 바람이 불고 있습니다.
기존 소재 조합을 뛰어넘는 새로운 소재들이 속속 등장하면서 현재 상용화된 소재를 대체할 세대교체의 조짐까지 보이는 건데요!
그렇다면 지금 가장 주목받는 이차전지소재에는 어떤 것들이 있을까요?
이번 편에서는 새롭게 떠오르는 이차전지 소재들을 한눈에 정리하고, 그 중심에서 포스코그룹이 어떤 전략을 펼치고 있는지,
포스코경영연구원 박재범 수석연구원과 함께 알아보겠습니다. 지금 바로 만나보시죠!

여러분, 현재 가장 널리 상용화된 이차전지가 무엇인지 아시나요? 바로 ‘리튬이온 배터리’입니다. 지구상에서 가장 가벼운 금속인 리튬을 활용해 만든 리튬이온 배터리는, 가벼운 무게와 높은 에너지 밀도, 그리고 수명이 길다는 강점을 바탕으로 스마트폰, 노트북, 전기차, ESS(에너지저장장치) 등 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있죠. 그런데 최근에는 이 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 신흥 강자로 ‘나트륨이온 배터리’가 새롭게 주목받고 있습니다.

나트륨이온 배터리는 리튬이온 배터리와 작동 원리나 소재 구성 면에서 꽤 비슷합니다. 두 배터리 모두 충전과 방전을 반복하는 이차전지로, 양극재, 음극재, 전해액, 분리막 네 가지 핵심 소재로 이루어져 있죠. 리튬이온 배터리는 충방전 시 리튬이온이 양극과 음극 사이를 오가며 에너지를 저장하고, 나트륨이온 배터리는 그 역할을 나트륨이온이 대신합니다. 기본적인 원리는 같지만, 이온의 종류와 소재의 차이가 있을 뿐입니다.

그렇다면 나트륨이온 배터리가 최근 들어 주목받고 있는 이유는 무엇일까요? 바로 ‘저온 환경에서의 우수한 성능’ 때문인데요. 리튬이온 배터리 중에서 가장 많이 사용되는 LFP 배터리(리튬인산철 배터리)는 영하 10도만 돼도 성능이 60~70%까지 크게 떨어지는 문제가 있지만, 나트륨이온 배터리는 같은 조건에서도 90% 이상의 성능을 유지할 수 있거든요. 요즘처럼 ‘더 빨리 충전되고, 더 오래 쓸 수 있는 배터리 소재’가 중요한 시대에, 겨울철이나 추운 지역에서도 안정적으로 사용할 수 있다는 점은 나트륨이온 배터리만의 큰 강점이라고 할 수 있습니다.

게다가 나트륨 매장량은 리튬에 비해 압도적으로 많다는 사실! 리튬은 지구상에 한정된 양만 존재하지만, 나트륨은 바닷물과 지각에 아주 풍부하게 분포해 있어요. 리튬의 무려 1000배에 달하는 매장량을 자랑해서 가격이 저렴하죠. 실제로 리튬 가격이 고점을 기록했던 2020~2021년 당시, 리튬보다 훨씬 저렴한 나트륨을 사용하는 나트륨이온 배터리가 큰 주목을 받기도 했답니다. 나트륨이온 배터리는 안정성도 뛰어나서 현재 높은 안정성과 저렴한 가격으로 전기차 시장에서 수요가 많은 LFP 배터리의 강력한 대안으로 떠오르고 있어요.

그런데, 여기서 한 가지 궁금증이 생깁니다. 이렇게 장점이 많은데도 왜 아직 나트륨이온 배터리는 리튬이온 배터리만큼 상용화되지 못한 걸까요?

주기율표를 한번 살펴볼까요? 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K)처럼 같은 세로줄에 있는 원소들을 알칼리 금속으로 분류합니다. 이 원소들은 전기와 열을 잘 전달하는 특성이 있어 이차전지를 만드는 데 활용돼 왔죠. 그중에서도 리튬은 나트륨이나 칼륨보다 전위차*와 전류용량**이 더 뛰어나서 에너지 용량이 높아, 이차전지소재로 가장 적합하다고 여겨져 왔어요. 반면 나트륨이온은 리튬이온에 비해 원자반경이 약 30% 이상 커서 충방전 과정에서 소재의 결정구조에 손상을 줄 수 있다는 단점 때문에 아직 상용화가 더딘 편이죠. 이러한 이유로, 지금까지는 리튬이온 배터리가 가장 ‘널리’ 사용되어 온 것입니다.

*전위차 : 전자가 한 지점에서 다른 지점으로 이동하려는 힘(전압)
**전류용량 : 회로나 장치가 안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류의 양(용량)

이처럼 나트륨이온 배터리는 리튬이온 배터리와 비교했을 때 기술적으로나 경제적으로 아직 넘어야 할 벽이 많습니다. 나트륨의 매장량이 리튬보다 더 풍부하다면 가격적인 면에서 훨씬 경쟁력이 있을 거라고 생각하실 텐데요. 실제로는 그렇지 않습니다. 나트륨이온 배터리의 시장 가격은 LFP 배터리보다 무려 14~71%나 더 비싼데요. 이는 배터리의 핵심 소재를 나트륨이온에 맞게 전부 새로 개발해야 하기 때문이라고 해요. 특히 음극재로, 기존의 천연/인조 흑연계보다 3~4배 비싼 하드카본을 써야 하죠. 음극재뿐 아니라 다른 소재들도 추가적인 개발과 그에 따른 비용이 필요합니다. 따라서 나트륨이온 배터리가 리튬이온 배터리의 가격 경쟁력을 따라잡으려면 앞으로 시간이 더 필요할 것으로 보입니다.

그래도 긍정적인 점은, 이론적으로는 나트륨이온 배터리에 들어가는 소재들이 더 저렴하기 때문에, 소재 개발이 활발해지고, 공급망이 잘 갖춰진다면 LFP 배터리보다 더 저렴해질 가능성도 충분히 있다는 건데요. 그렇게 된다면 저가형 전기차나 전기 오토바이·자전거, 그리고 가격에 민감한 ESS 시장에서도 나트륨이온 배터리가 널리 쓰이는 날이 머지않아 올 수 있을 것으로 기대합니다!

단, 관건은 ‘수명’입니다. 만약 나트륨이온 배터리의 수명이 LFP 배터리보다 짧다면, 교체 주기가 빨라져서 아무리 초기 설치 비용이 저렴해도 잦은 교체로 인해 장기적으로는 더 큰 비용이 들 수밖에 없을 테죠. 나트륨이온 배터리의 수명은 사용되는 양극재에 따라 달라지기 때문에, 현재도 다양한 연구가 활발하게 진행되고 있습니다. 앞으로 나트륨이온 배터리가 어떤 경쟁력을 갖춰서  리튬이온 배터리를 위협하게 될지, 기대해 봐도 좋을 것 같습니다!

LFP 외에도 NCM, NCMA, NCA… 혹시 이런 용어 들어본 적 있으신가요? 금속의 조합에 따라 다양하게 분류되는 양극재의 명칭인데요. 이처럼 시장에서는 계속해서 다양한 종류의 양극재를 개발하기 위한 연구가 활발하게 이뤄지고 있어요. 대표적으로 인산철계(2원계) 배터리인 LFP와 세 가지 금속 원소(니켈·코발트·망간 또는 알루미늄)를 조합해 만든 삼원계 배터리(NCM, NCMA, NCA)가 현재 시장에서 가장 많이 쓰이고 있죠.

LFP 배터리는 가격 경쟁력과 안정성 면에서 뛰어납니다. 하지만 니켈이나 코발트를 쓰지 않다 보니, 에너지 밀도 면에서는 다소 아쉽죠. 삼원계 배터리는 LFP에 비해 에너지 밀도가 높아 고성능 전기차에 주로 사용되고 있는데요. 가격이 비싸고, 코발트 공급이 불안정하다는 점이 단점입니다. 이 두 가지 양극재의 장단점을 절묘하게 보완한 차세대 소재가 바로 LMR(리튬망간리치) 양극재입니다.

LMR은 기존 삼원계 배터리보다 니켈 함량을 대폭 줄이고, 비교적 저렴한 망간의 비율을 높인 소재입니다. 가격은 LFP 배터리와 비슷하지만, 전통적인 삼원계 양극재보다는 훨씬 저렴하죠. 에너지 밀도는 LFP보다 높고, 삼원계보다는 약간 낮아서 두 소재의 중간쯤에 위치한다고 볼 수 있습니다. LFP에 비해 주행거리를 크게 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 안정성이나 수명 면에서도 니켈 함량이 50~60%인 NCM(미드니켈) 양극재와 비교해도 뒤지지 않으니, 시장의 주목을 받는 것도 당연하겠죠!

▲포스코퓨처엠이 세종 기술연구소 파일럿 플랜트에서 LMR 양극재 제품 생산을 테스트하고 있다.

이런 흐름을 타고, 최근 글로벌 완성차 업체들이 잇달아 LMR 배터리를 장착한 전기차 출시 계획을 밝히며, 차세대 배터리 소재 경쟁에 합류하고 있는데요. 지난 5월 13일, GM 社는 2028년부터 LMR 배터리를 채택한 전기차를 출시하겠다고 밝혔고, 포드(Ford) 社 역시 2030년 이전까지 LMR 배터리를 상용화할 계획이며, 2세대 LMR 배터리도 파일럿 생산 중이라고 공식 발표한 바 있습니다. [관련기사 보기]

국내에서는 포스코퓨처엠이 LMR 양극재의 개발 및 상용화를 담당하고 있어요. 포스코퓨처엠은 포스코홀딩스 산하 미래기술연구원과 협업해 LMR 양극재의 에너지밀도와 충·방전 성능, 안정성 등을 꾸준히 개선해 온 결과, 지난해 파일럿 생산에 성공했고, 올해 안에 양산 기술을 확보해 대규모 계약 수주를 적극 추진할 계획이라고요. 향후 인증 절차를 거쳐 전기차에 실제로 탑재하는 시점은 2027~2028년쯤으로 예상한다고 합니다. 앞으로의 행보가 무척 기대됩니다!

나트륨이온 배터리, LMR 양극재 외에도 최근 핫한 배터리 소재가 또 하나 있습니다. 바로 ‘전고체 배터리’인데요. 전고체 배터리는 기존 배터리에 사용되던 액체 전해질을 고체로 대체한 차세대 배터리입니다. 기존 양·음극재의 한계를 개선할 수 있어, 에너지 밀도를 크게 높일 수 있죠. 그뿐만 아니라 외부 충격으로 인한 누액이나 폭발 위험이 적어 안전성 면에서도 주목받고 있어요. 꿈의 배터리라는 별명이 괜히 붙은 게 아니죠!

다만, 아직은 LFP 배터리보다 가격이 많이 비싸고, 기술적으로도 해결해야 할 과제들이 많아 상용화까지는 시간이 더 필요할 것으로 예상되는데요. 하지만 향후 초기 상용화 단계가 안정되고, 대량 생산으로 규모의 경제가 이루어진다면 가격도 점차 개선될 것으로 기대됩니다.

(자료 : 포스코퓨처엠, 포스코경영연구원)

포스코그룹은 이런 흐름에 발맞춰 전고체 배터리 개발에 힘을 쏟고 있는데요. 전고체 배터리에 들어가는 고체 전해질은 현재 포스코JK솔리드솔루션에서 생산 중이며, 황화물계 고체 전해질 생산에 필요한 황화리튬은 포스코홀딩스 산하 미래기술연구원에서 개발을 추진하고 있어요. 또한, 전고체 배터리의 음극 후보 물질 중 하나인 리튬메탈에 대한 연구도 미래기술연구원에서 활발히 진행 중입니다.

지금까지 새롭게 주목받는 이차전지소재 신흥 강자들을 소개해 드렸는데요. 각 소재의 존재감과 특성을 이해하는 데 도움이 되셨기를 바랍니다!

전 세계가 더 완벽한 이차전지를 만들기 위해 차세대 배터리 소재 기술 개발에 앞다퉈 뛰어들고 있는 요즘. 상용화를 위해 해결해야 할 도전 과제들도 아직 많이 남아 있는데요. 포스코그룹 역시 더 멀리 가고, 더 저렴하며, 더 안전한 이차전지소재를 만들기 위해 연구개발과 안정화에 지속적으로 힘쓸 예정입니다. 이차전지소재의 ‘탑 티어’를 목표로 성장해 나갈 포스코그룹의 여정을 앞으로도 쭉 지켜봐 주세요!

▼이차전지소재 총정리 모음.zip 영상으로 만나보기 

여러분의 소중한 시간을 절약해 드립니다. 긴 유튜브 영상을 단 3분 만에 만나볼 수 있는 3분 순삭 유튜브!
이번 편에서는 현대 군사기술에서 필수적인 전략 자원으로 꼽히는 리튬에 대해 알아보겠습니다.
리튬은 가벼우면서도 높은 에너지 밀도를 가진 금속으로,
배터리 기술을 포함한 다양한 군사적 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있는데요.
리튬 자원이 군사 장비에 가져온 엄청난 변화를 지금부터 살펴보시죠!

현대 무기 체계는 희토류·티타늄·리튬 같은 고부가 광물에 절대적으로 의존하고 있습니다. 무기 자체보다 무기를 만드는 재료가 중요해진 것인데요. 그중 ‘21세기 석유’로 불리는 리튬은 현대 군사력의 핵심 요소로 꼽힙니다. 리튬의 특성을 통해 그 이유를 알아봅시다.

리튬은 가볍습니다. 세계에서 가장 가벼운 금속이죠. 따라서 리튬으로 군사장비를 만들면 무기 체계, 장갑차, 드론, 전투기 등에서 기동성을 향상할 수 있습니다.

리튬은 또 다른 특징은 에너지 밀도가 높다는 점인데요. 리튬이온배터리는 전통적인 납축전지보다 에너지 저장 용량이 무려 3~5배는 많아, 군사장비의 작동 시간을 획기적으로 연장할 수 있습니다. 그뿐만 아니라 충전 속도도 개선할 수 있어 효율적 전력 공급이 가능하고요.

또, 리튬은 수명이 길어 군사작전 시 유지 보수가 용이합니다. 자주 충전하지 않아도 장시간 사용이 가능해, 전투 지속 능력을 향상할 수 있습니다.

마지막으로 리튬은 안정성을 갖고 있습니다. 군용 장비는 극저온과 고온 등 다양한 환경에서 운용되는데, 리튬 기반 배터리는 이러한 극한 환경에서도 안정적인 성능을 발휘할 수 있는 것이죠.

그렇다면 리튬은 실제 군사 분야에서 어떻게 활용될까요? 첫 번째, 군용 배터리 및 전력 시스템입니다. 군대가 전기 기반 장비에 더욱 의존하면서 리튬이온배터리는 군사 작전에 필수 요소가 됐습니다. 리튬이온배터리가 기존 배터리보다 가볍고 충전 효율이 높으면서도 휴대성이 뛰어난 전력 공급 체계를 구축한 것입니다.

다음은 차세대 로봇 병기입니다. 엔진이 장착된 로봇 병기 대신, 리튬이온배터리로 로봇 병기를 가볍게 만들고 전원을 안정적으로 공급하는 것이죠. 실제 미군의 경우, 군인들이 착용할 수 있는 리튬이온배터리 전력 시스템을 도입해 전투 지속력을 강화하고 있습니다.

세 번째는 군용 차량의 스텔스성*입니다. 엔진이 장착된 모든 장비는 소리가 크게 나는 반면, 리튬이온배터리가 장착된 군용 차량은 전장에서 정숙성을 유지해 스텔스성 향상에 기여할 수 있습니다. 또, 리튬이온배터리는 열 발생을 최소화해 야간 탐지에서도 피탐 능력을 향상시킵니다.

*스텔스성 : 적군의 다양한 탐지수단에 들키지 않는 군사 기술

리튬은 드론과 무인 항공기에 혁신을 가져올 수 있습니다. 리튬이온배터리가 장착된 무인기는 장시간 비행을 할 수 있고, 전장 감시와 정찰 능력을 극대화할 수 있거든요.

이뿐만 아니라 잠수함과 전기 추진 시스템에도 리튬은 혁신을 가져왔는데요. 기존 납축전지보다 경량화되고 충전 속도가 빠르며 잠항 시간을 크게 늘릴 수 있죠. 실제 일본 해상 자위대는 소류급 잠수함에 세계 최초로 리튬이온배터리를 도입해 장시간 잠항이 가능하도록 개선했고, 독일의 212A급 잠수함도 연료전지-리튬 배터리 하이브리드 시스템을 활용하고 있습니다. 우리 해군도 차기 3000톤 급 이상 잠수함에 리튬이온배터리 탑재 계획을 가지고 있는 것으로 알려졌습니다.

극초음속 무기와 첨단 미사일 시스템에서도 리튬은 굉장히 중요합니다. 리튬이온배터리는 유도 미사일, 극초음속 무기, 레이저 무기 등의 전력 공급 장치로 사용될 수 있습니다. 또, 레이저 무기와 레일건과 같은 차세대 무기의 고출력 전력 공급원으로도 연구 중에 있고요.

군사 분야에서 그야말로 ‘만능템’인 리튬은 전략적 광물로 분류돼 국가 간 공급망 경쟁이 치열한데요. 현재 전 세계 리튬 생산은 호주, 칠레, 아르헨티나, 중국 등 일부 국가에 집중돼 있습니다.

특히 중국은 리튬 가공과 배터리 생산에서 절대적인 우위를 차지하고 있습니다. 전 세계 공급량의 70%에 달할 정도로요. 문제는 중국이 서방 국가와의 군사 경쟁에서 리튬을 무기화할 가능성이 있다는 점입니다. 이런 이유로 최근 미국은 우크라이나와 광물 협정을 맺으려고 하고 있는데요. 우크라이나의 리튬 매장량은 약 50만 톤으로 유럽 최대를 자랑하죠.

미국, EU, 그리고 우리나라는 리튬 공급망을 확보하고자 자원 외교를 강화하고 있습니다. 우리나라 역시 공급망 안정화와 기술 고도화에 전력을 다하고 있죠. 포스코홀딩스는 북미 리튬 공급망 구축을 위해 국내 기업 최초로 북미 현지에서 *‘리튬직접추출(DLE, Direct Lithium Extraction) 기술’ 실증 사업에 나서고 있습니다.

*[관련기사] 포스코홀딩스, 美 현지서 리튬직접추출(DLE) 실증 추진… 북미 리튬 공급망 구축 속도 낸다

이를 통해 알 수 있는 건, 리튬이 현대 군사력의 핵심 요소라는 점입니다. 앞으로도 전투 지속력과 첨단 무기 개발에 중요한 역할을 하게 될 거고요. 그만큼 리튬이 우리에게 필수적이고 전략적인 자원으로 다가왔다는 것, 이제 잘 아시겠죠?

▼리튬의 군사적 활용 분야를 영상으로 만나보기

왜 전기차는 추위를 많이 탈까?
전기차에 탑재되는 리튬이온 배터리는 특성상 온도 민감도가 높아 저온 환경에서 성능 저하의 문제가 발생한다. 배터리 구성요소 중 하나인 전해질은 이차전지의 충·방전 과정에서 리튬이온이 양극을 오가는 통로 역할을 한다. 겨울철 기온이 떨어지면 액체로 이루어진 전해질이 굳으면서 내부 저항이 증가해 배터리 효율이 낮아지는 것이다.

따라서, 배터리를 어떻게 관리하냐에 따라 성능이 크게 달라져 올바른 관리가 중요하다. 전기차 관리법을 미리 파악하고 준비해 더욱 효율적인 겨울철 전기차 라이프를 누려보자.

배터리 과냉각 주의, 겨울철 실내 주차하기!

위에서 언급했듯 날씨가 추운 겨울, 외부에 오래 주차하게 되면 배터리가 과냉각되기 때문에 주행거리가 줄어들 뿐 아니라 자연스럽게 배터리 효율도 떨어져 방전되기 쉽다. 배터리 소모 방지를 위해서는 반드시 적정한 온도 유지가 가능한 실내 및 지하 주차장을 이용하는 게 좋다. 실내 주차를 할 경우 배터리 과냉각을 예방할 뿐 아니라 내부 온도 유지도 가능해 과도한 히터 사용을 막을 수 있고, 불필요한 배터리 소모도 줄일 수 있다.

주기적인 차량 하부 세차는 필수

겨울철 낮은 기온은 기체를 수축하기 때문에 타이어 속 같은 양의 공기가 들어있어도 공기압이 줄어들 수 있다. 타이어 공기압이 부족하면 제 역할을 하지 못해 방향을 바꿀 때나 속도를 줄일 때 미끄러질 위험이 커지며 자칫 사고로 이어질 수 있다. 주기적인 공기압 체크와 접지력이 높은 윈터 타이어 교체를 권장한다.

또한 눈이 많이 쌓인 날이라면 차량 하부를 깔끔하게 세차해 염화칼슘을 제거해 주는 것이 중요하다. 겨울철 제설 작업으로 인해 도로에 뿌려지는 염화칼슘이 도로의 모래, 먼지 등과 섞여 차량에 붙게 되면, 철과 반응해 염화철을 만들어 차량을 부식시키는데 일조하기 때문이다. 특히 전기차의 경우 차량 하부에 배터리가 탑재되어 있기 때문에 부식에 더욱 신경을 써야 한다.

배터리 급속 충전 말고 완속 충전!

전기차 사용자의 대부분은 급속 충전에 대한 선호도가 높은 편이다. 특히 가정용 완속 충전기가 없는 환경이라면 급속 충전 시설 의존도가 상당히 높다. 급속 충전은 완속 충전 대비 충전 속도가 매우 빨라 편리하지만, 배터리 셀에 부담을 줄 뿐 아니라 배터리 수명이 빠르게 단축될 수 있다. 따라서 겨울철 배터리 최적의 상태를 위해 월 1회 이상은 배터리 20% 이하일 때, 100%까지 완속 충전하는 것이 좋다. 완속 충전을 통해 배터리 팩 안에 있는 많은 셀들의 밸런스가 맞춰지기 때문에 배터리 효율을 오랫동안 유지할 수 있다.

전력 소모 높은 히터 사용은 자제!

전기차 실내 난방 시, 히트펌프* 사용을 추천한다. 엔진에서 버려지는 열에너지를 난방에 활용하는 내연기관차와는 달리 전기차는 히터를 작동시킬 만큼 폐열이 발생하지 않아 배터리 전력으로 히터를 작동하기 때문이다. 이에 전기차 내 모터 등의 부품에서 발생하는 폐열을 방출하지 않고, 전기차 실내 난방에 활용하는 히트펌프 시스템을 사용하면 보다 효율적인 배터리 관리가 가능하다. 또한 전력 소모량을 줄일 수 있어 주행거리 증가 효과도 볼 수 있다. 그 외에도 배터리 히팅 시스템, 열선 시트, 열선 핸들 등을 적극적으로 활용하는 것이 좋다.
*히트펌프 : 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치

지금까지 전기차 에너지 효율과 배터리 수명, 안전 운전을 위한 겨울철 전기차 관리법에 대해 알아보았다. 조금만 신경 써도 배터리의 컨디션을 오랜 기간 동안 균일하게 유지하고 전기차를 오래 탈 수 있다. 난감한 상황이 발생하기 전, 차량과 배터리 상태를 미리 체크해 슬기롭고 안전한 겨울철 전기차 라이프를 즐기길 바란다.

모바일 기기에 탑재되는 소형전지 중심의 2차전지 산업은 전기자동차(EV), 에너지저장시스템(ESS)용 중대형전지를 생산하면서 그 위상이 크게 변화했다. 더불어 ‘전동화·무선화’라는 글로벌 트렌드의 부상으로 성능이 우수한 2차전지에 대한 수요가 급증하는 추세다.

l 리튬이온배터리 구조와 작동 원리

현재 배터리의 주류로 자리 잡은 리튬이온배터리는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막 4가지 요소로 구성되며, 양극(+)과 음극(-) 물질의 ‘산화환원 반응’으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 장치다. 다시 말해 양극의 리튬 이온이 음극으로 이동하면 배터리가 충전되고, 반대로 음극의 리튬 이온이 양극으로 돌아가면 배터리가 방전되는 원리다.
*산화환원 반응이란 반응물 간의 ‘전자(e-) 이동’으로 일어나는 반응으로, 전자를 잃은 쪽을 ‘산화’됐다고 하고 전자를 얻은 쪽을 ‘환원’됐다고 말한다.

l 힘 세고 오래가는 배터리의 근원, 양극재

배터리가 저장할 수 있는 에너지 양은 배터리의 용량에 전압을 곱한 것인데, 양극재가 바로 배터리의 성능을 좌우할 ‘용량’과 ‘전압’을 결정하는 핵심 소재다. 리튬이온배터리를 구성하는 네 가지 요소 중 양극재에 더욱 주목해볼 만한 이유다. 특히나 양극재 시장은 전기차 및 에너지저장시스템 등의 수요가 급성장함에 따라 연평균 33% 증가해 2025년에는 275만 톤 규모로 성장할 전망이다.

배터리 성능과 특성을 결정짓는 양극 활물질은 리튬과 금속 성분의 조합으로 이루어져 있다. 주로 사용되는 금속 성분은 에너지밀도를 결정하는 니켈(Ni), 안정성을 높이는 코발트(Co)와 망간(Mn), 출력을 향상하는 알루미늄(Al)으로, 어느 원소를 어떤 비율로 조합하느냐에 따라서 양극재의 △용량 △에너지밀도 △안정성 △수명 △가격경쟁력이 달라진다. 전기차로 쉽게 설명하자면, 용량은 주행거리, 에너지밀도는 전기차의 출력, 안정성은 배터리의 화재 등 사고를 제어하는 능력, 수명은 배터리 사용 기간에 영향을 미친다.
국내 전기차 배터리 사업자들은 NCM(니켈·코발트·망간), NCA(니켈·코발트·알루미늄) 두 종류의 삼원계 배터리*를 주력으로 하고 있다. 그중에서도 주행거리와 출력이 우수한 NCM 양극재가 현재 전기차용 이차전지로 가장 많이 사용되고 있다.
*삼원계 배터리 : 양극재에 리튬 코발트 산화물(LCO)을 기본으로 니켈과 다른 금속 원소를 추가해 총 세 가지 금속 원소가 들어간 배터리를 의미한다.

최근 원자재 가격 변동에 따라 값비싼 코발트의 함량을 줄이고, 니켈의 함량을 60% 이상으로 높인 ‘하이니켈 배터리’가 개발되는 추세다. 니켈 비중을 높이면 동일한 크기의 배터리에 용량을 증대시켜, 전기차 주행거리를 확보할 수 있는 장점도 있기 때문이다. 다만, 니켈 함량이 높아질 때 안정성이 떨어지는 단점이 있어, 안정성을 높이기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.

NCA의 경우 니켈, 코발트, 알루미늄의 구성 비율이 8:1:1로, 니켈 함량이 높고 알루미늄이 포함돼 타 소재에 비해 배터리 밀도와 출력이 높다. 이러한 이유로 NCA는 원통형 배터리 등 소형전지에 주로 쓰이고 있다.

CATL 등 중국계 배터리 제조사에서 주로 생산하는 LFP(리튬·인산·철)는 코발트와 니켈을 사용하지 않고, 대신 철(Fe)를 사용한다. NCM 대비 약 30% 이상 저렴하며 안정성이 높은 반면, 에너지밀도가 낮아 주행거리가 짧고 출력이 낮은 단점이 있다. 이에 에너지 밀도를 높여 주행거리를 확보하는데 집중하고 있다.

l 양극재 생산능력 확대에 강세 보이는 포스코케미칼

현재 포스코케미칼의 양극재 생산능력은 올해 말 기준 연산 10.5만 톤에서 2025년 34.5만 톤, 2030년 60.5만 톤까지 확대해 2030년까지 글로벌 1위 수준의 양극재 양산 능력을 확보할 계획이다. 포스코케미칼은 단일공장 기준 세계 최대수준의 연산 9만 톤 수준의 양극재 광양 공장을 올해 10월 준공할 예정이다. 포스코그룹은 원료 경쟁력과 양산 능력이 집적된 광양만 율촌산단의 양극재 컴플렉스를 통해, 배터리소재 글로벌 선도기업으로의 도약을 목표로 하고 있다.

전기차 시장의 확대와 함께 에너지 저장 밀도의 증가, 안전성 향상, 급속 충전 등 리튬이온전지의 성능 향상에 대한 요구가 계속해서 높아지고 있는 상황이다. 기존 소재의 성능 향상과 핵심 기술에 대한 지속적인 연구 개발을 통해 안전하면서 지속가능한 새로운 양극소재를 발굴해 우리 삶의 풍요를 가져오길 기대한다.

AI, IoT, 웨어러블 기기(Wearable Device) 등 정보통신기기와 전기자동차 산업 분야 성장의 동력원으로 ‘이차전지’ 필요성이 점차 커지고 있다. 전 세계 기업들은 뚜렷한 성장세를 보이는 2차전지 시장에서 우위를 선점하고자 기술개발에 뛰어들고 있다.

2차전지는 한 번 사용하고 나면 재사용이 불가능한 1차전지와 달리, 방전이 되면 충전을 통해 반영구적으로 재사용할 수 있다. 다시 말해 외부의 전기에너지를 화학에너지의 형태로 전환해 저장했다가 필요할 때 전기를 만들어 내는 장치다.

2차전지는 지난 120여 년 동안 납축전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지 등 다양한 형태로 일상생활에서 유용하게 쓰이고 있었다. 대표적인 2차전지로 꼽히는 ‘리튬이온전지’는 휴대용 전자기기 사용자 수가 늘면서 잦은 충전 없이 오래 쓸 수 있는 배터리를 요구하는 목소리가 커지자 개발된 것으로, 1990년 일본 SONY사가 최초로 상용화한 이래로 현재까지도 그 원천기술을 근간으로 삼고 있다.

리튬이온배터리는 높은 에너지밀도와 우수한 출력을 자랑하고, 메모리 효과*가 없어 수명이 길다는 장점이 있어 다양한 분야에서 활용되고 있다.
*메모리 효과 : 충전지를 완전 방전되기 전에 재충전하면 전기량이 남아 있음에도 충전기가 완전 방전으로 기억하는 효과를 가지게 되어, 최초에 가지고 있던 충전용량보다 용량이 줄어들면서 충전지 수명이 줄어드는 현상을 말한다.

특히, 2차전지는 전기차가 급부상하면서 없어서는 안될 존재가 되었다. 전기차 생산 업체가 2차전지를 소비하는 가장 큰 고객군이기 때문이다. 전 세계 국가들이 환경오염을 줄이기 위해 내연기관차 퇴출과 동시에 전기차 보급 확대를 본격화하고 있다. 전기차 구매 유도를 위한 보조금도 늘어나는 추세다. IEA에 따르면 2020년 전기차 판매를 지원하기 위해 각국 정부가 전년 동기 대비 25% 증가한 140억 달러를 지출했다고 한다.

국제에너지기구(IEA)는 ‘2021 글로벌 전기차 전망’ 보고서를 통해 2030년까지 글로벌 시장에서 보급되는 전기차가 최대 2억 3,000만 대에 이를 수 있다고 내다봤다. 현실화할 경우 현재 글로벌 자동차 시장에서 3%에 불과한 전기차 점유율은 12%로 급등하게 된다.

전기차 시장이 급성장하면서 배터리의 주요 원자재인 리튬의 수요도 급증했다. 현재 리튬계 이차전지에 사용되는 리튬의 원료로 탄산리튬과 수산화리튬이 사용되고 있다. 탄산리튬은 주로 스마트폰, 노트북, 전동공구용 등 에너지 용량과 밀도가 상대적으로 낮은 배터리 제작에 사용된다. 수산화리튬은 탄산리튬보다는 에너지밀도와 용량이 높은 배터리 제작에 사용된다. 특히 수산화리튬은 한 번 완충시 500km이상 주행거리가 나오는 고용량 전기차 배터리에 제격이기에 사용량이 점차 증대하고 있는 상황이다.

다만, 단기간 내 리튬의 생산량 확대에 한계가 있어 리튬의 가격이 폭등한 상황이다. 이에 각국은 안정적으로 원자재를 확보하기 위해 리튬 프로젝트를 진행하고 배터리 제조 능력을 키우는 등 다양한 시도를 하고 있다.

이에 따라 포스코도 그룹의 성장 동력으로 이차전지소재 사업을 집중 육성하기 위해 원료와 소재 사업에 지속적으로 투자하고 있다. 포스코는 독자적으로 개발한 고유 리튬추출기술을 보유하고 있다. 이 기술은 광석 및 염수를 원료로 사용하여 배터리급 고순도 리튬을 만드는 기술로, 포스코는 2017년 탄산리튬, 2018년 수산화리튬을 각각 국내 최초로 생산하기 시작했다.

▲아르헨티나 염수리튬 시범공장 전경. 이차전지 양극재의 핵심 소재인 리튬은 전기를 생성, 충전하는 역할을 한다.

해외 원료확보에도 적극 나섰다. 2018년 포스코가 인수한 아르헨티나 염호 ‘옴브레 무에르토’ 매장량은 1,350만 톤으로 전기차 3.7억 대(대당 배터리 용량 55.7kwh 기준)를 생산할 수 있는 양이다. 2020년에는 아르헨티나 염수리튬 데모플랜트 검증을 성공적으로 완료했다. 포스코는 전 세계에서 유일하게 폐2차전지와 리튬 광석, 염호까지 활용 가능한 리튬 생산체제를 확보하게 돼 연간 6만5,000톤 규모의 리튬을 생산할 것으로 전망하고 있다.

리튬 전쟁이라는 용어가 등장하면서 리튬 확보량, 가공능력이 최근 국가 경쟁력으로 언급되고 있다. 하지만 장점이 많은 만큼 극복해야 할 과제도 있다. 전 세계 리튬 배터리 대부분이 사용 후 쓰레기가 되고 약 5%만이 재활용되는 상황에 처해있다. 치솟는 리튬 배터리 수요를 충족시키기 위해 재활용할 수 있는 방법을 모색할 수 있도록 더욱 적극적인 기술 개발이 진행되어야 할 시점이다.

포스코케미칼은 음극재 생산에도 힘을 쏟고 있는데, 지난 ‘19년 말, 세종시에 음극재 2공장을 1차 준공했다. 현재 연산 4만4천 톤의 음극재 생산체제에 더불어 증설을 추진하면서 2차전지 소재 수요에 더욱 능동적으로 대응해 나가고 있다. 양극재, 음극재 및 이들의 원료인 리튬까지 포함해 2차전지 소재사업을 신성장동력으로 준비해 나가고 있는 포스코그룹의 사업추진 현황을 뉴스룸이 정리했다.

l 포스코그룹에게 2차전지 소재사업이란?

포스코그룹에게 2차전지 소재사업은 확고한 ‘신성장 동력’. ‘18년 11월, 포스코그룹은 2030년까지 그룹의 철강, 글로벌인프라(비철강), 신성장 부문의 비즈니스 매출 비중을 40 : 40 : 20로 설정하면서, 신성장 부문의 2차전지 소재사업을 2030년까지 세계 시장점유율 20%, 매출액 17조원 규모로 키워 그룹 전체 성장을 견인할 계획임을 밝힌 바 있다.

2차전지는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 네 가지 소재로 구성된다. 포스코그룹은 이 중 양극재와 음극재, 그리고 양극재의 원료인 리튬을 생산하고 있다. 철강기업 포스코와 그룹사들이 2차전지 소재사업에 뛰어든 이유는 무엇일까?

우선 산업환경이 변화하고 있다. 전기자동차를 중심으로 한 미래 모빌리티 및 전력저장장치 산업의 가파른 성장으로 2차전지 소재 수요는 지속적으로 증가추세다.

주요 리서치 기관에 따르면 글로벌 전기차 시장은 순수전기차(BEV+PHEV) 기준, 2020년 300만대에서 2025년에는 900만대로 급격하게 성장하고, 이에 따라 대표적 2차전지인 LiB(Lithium Ion Battery, 리튬이온배터리)시장규모도 ‘20년 329GWh(Gigawatt-Hour, 100만 KW를 시간당 사용하는 양의 단위)에서 2025년에 610GWh로 연평균 22%이상 성장할 것으로 전망된다.

*BEV(Battery Electric Vehicle, 100% 배터리에 의지하는 전기차)
*PHEV(Plug-In Hybrid, 배터리와 내연기관 동력의 혼합형 전기차)

전기차 시장의 견인으로 2차전지 시장 또한 ‘30년에는 현재 대비 약 3.2배 성장이 기대되며, 이에 따라 양극재, 음극재 및 리튬시장 역시 지속 성장이 전망된다. 이러한 외부환경 변화는 포스코그룹의 역량을 발휘할 수 있는 좋은 기회다. 가장 먼저 포스코그룹은 글로벌 완성차사에 철강제품을 공급하고 있기 때문에 자동차산업에 대한 이해도가 높다.

또한 포스코의 경우 철광석, 석탄, 니켈, 크롬, 망간 등 제철 공정에 필요한 수많은 원료와 부원료를 다뤄 본 경험이 있다. 자원이 부족한 우리나라의 한계를 극복하기 위해 오랜 기간 해외자원개발과 투자를 해온 풍부한 경험은 성공적인 2차전지 소재 원료 확보와 직결된다.

마지막으로 포스코 철강제품 생산 밸류체인에서 발생하는 다양한 공정기술 및 부산물(by-product) 등을 활용, 소재 사업을 확장해나갈 수 있다. 포스코 제철소에서 코크스 제조 시 발생하는 콜타르를 포스코케미칼 자회사 피엠씨텍(PMCTECH)에서 침상코크스로 만들어 이후 음극재 원료가 되는 인조흑연을 생산하는 것이 대표적인 사례다.

l 포스코그룹 2차전지 소재사업 추진 구조

그렇다면 포스코그룹은 현재 어떻게 2차전지 소재사업을 추진하고 있을까. 포스코그룹 2차전지 소재사업 추진 구조를 도식으로 정리하면 아래와 같다.

포스코는 양극재 및 음극재 원료인 리튬과 콜타르를 공급하며, 포스코케미칼에서 이를 원료로 NCM*(니켈, 코발트, 망간), LMO*(리튬, 망간, 산화물)등의 양극재 및 천연흑연 음극재를 생산해 배터리 제작社에 공급한다. 올해부터는 그룹사인 피엠씨텍에서 생산하는 침상코크스를 활용한 인조흑연 음극재 사업도 추진할 계획이다.

l 포스코그룹 2차전지 소재사업 추진 현황

(1) 포스코 – 2차전지 소재의 ‘리튬’ 원료 확보와 생산
포스코는 고유 리튬추출기술인 PosLX(POSCO Lithium eXtraction)기술을 보유하고 있다. PosLX기술은 광석 및 염수를 원료로 사용하여 배터리급 고순도 리튬을 만드는 기술이다. 포스코는 2017년 탄산리튬, 2018년 수산화리튬을 각각 국내 최초로 생산하기 시작했다. 해외 원료확보에 대한 노력도 멈추지 않았는데, 2018년에는 호주 필바라 미네랄스(Pilbara Minerals)사로부터 연간 4만톤의 리튬을 생산할 수 있는 리튬정광 장기구매 계약을 맺고, 아르헨티나 갤럭시사와 옴브레 무에르토(Hombre Muerto) 염호의 광권에 대한 인수계약도 체결해 원료 수급 문제를 해결했다.

광양에 건설하는 광석리튬 공장(‘22년 내)과 아르헨티나에 건설하는 염수리튬 공장(‘23년 내)이 모두 완공되면 포스코는 수년 내 연산 6만5천톤 규모의 수산화리튬을 생산하는 체계를 갖춰 포스코케미칼 양극재 공장에 안정적으로 소재를 공급할 전망이다.

(2) 포스코케미칼 – 양극재, 음극재 대량생산 체제 구축中
포스코는 지난해 4월 포스코켐텍의 음극재, 포스코ESM의 양극재 사업을 일원화 하고, 마케팅-생산- R&D 체계를 통합해 운영 효율과 고객 대응력을 제고하는 차원에서 ‘포스코케미칼’을 출범했다. 구조 재편 이후 포스코케미칼은 생산설비 투자에 박차를 가하고 있다.

양극재의 경우 구미공장 9천톤, 전기차 제품 전용 광양공장 3만톤, 여기에 중국 절강포화(세계 최대 코발트 생산업체인 중국 화유코발트사와의 합작사로 중국 저장성에 위치) 5천톤 공장까지 합치면 그룹 차원에서 양극재 4만4천톤 생산체제를 갖추고 있다. 광양공장은 향후 시장 상황에 따라 연 9만톤까지 생산능력을 늘려 나갈 계획이다. 이는 3세대 전기차(1회충전 주행거리 약 500km) 약 75만대에 공급할 수 있는 양이다. 광양공장에서 생산된 양극재는 국내를 비롯해 유럽, 중국, 미국 등에 위치한 다수의 전기차 배터리 생산라인에 공급된다.

▲ 포스코케미칼이 광양 율촌산단에 축구장 20개 크기인 165,203㎡ 면적으로 조성하고 있는 양극재 광양공장과 부지 전경

특히 지난 14일 준공한 광양 양극재 공장은 포스코그룹의 최첨단 스마트팩토리 기술을 적용해 원료, 전구체, 반제품, 제품을 실시간으로 자동 이송하는 시스템을 도입하고, 자동화 창고와 제품설계, 공정관리, 출하관리가 일원화된 통합관제센터를 운영하는 등 ‘높은 생산성과 안정적 품질관리로 경쟁력을 확보했다’는 평이다.

전기차 성능개선은 2차전지 성능개선에 비례한다. 전기차는 주행거리 증대를 위해 니켈 비중이 높은 고용량 양극재에 대한 니즈가 늘어나고 있는데, 포스코케미칼은 현재 니켈 비중 65% 양극재 제품을 주력으로 양산하고 있으며, 니켈 비중 90% 이상 제품도 개발하고 있다.

음극재의 경우 작년 세종 제2공장 1단계 생산설비 준공으로 연산 4만4천톤 글로벌 Top플레이어 수준의 천연흑연 음극재 생산체제를 구축했다. 또한 음극재 제품포트폴리오 다양화를 위해 천연흑연 外 포항에 인조흑연 공장도 구축할 예정이다. 포스코케미칼은 양극재, 음극재를 모두 공급하는 2차전지 소재 Total Supplier로서 전기차시장에서 그 입지를 확고히 해나가고 있다.

(3) RIST, 포스텍과 함께 R&D 협력체계 구축
포스코는 그룹 차원에서 2차전지 소재 R&D 경쟁력 강화를 위해, RIST, 포스텍과 긴밀한 협력을 진행하고 있다. 특히, 지난해 6월에 설립된 포스코그룹 2차전지 소재연구센터에서는 전기자동차 성능향상을 위한 차세대 양극재, 음극재 제품개발과 전지 원가경쟁력을 높일 수 있는 신공정 기술을 개발하고 있다. 또한, 연구센터에서는 2차전지 성능평가 인프라를 통해 자체 생산한 양극재, 음극재를 전지로 만들어서 고객들이 원하는 다양한 평가를 수행할 수 있게 되었다.

한편, 포스텍은 작년 5월 포스코케미칼과 ‘산학일체연구센터’를 공동으로 구축해 △2차전지 소재 △탄소 소재 △화학 소재 등 세가지 분야의 공동연구를 통해 산학협력을 강화하고, 산학 파견 및 장학생 제도 등을 통해 전문인력을 양성하고 있다. 포스코케미칼과 포스텍은 2024년 5월까지 1단계 협력을 통해, 고성능 양극재, 음극재 및 프리미엄급 신규 활성탄 소재 개발 등에 함께 노력할 계획이다.

포스코 그룹 성장의 큰 축을 담당할 2차전지 소재산업. 약 10년 간 꾸준히 추진해온 2차전지 소재산업이 포스코그룹의 다음 50년을 책임지는 견인차 역할을 하기를 기대해본다.

*참고기사: 2차전지, 들어는 봤는데 아직 잘 모르겠다면?

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.