세계는 지금 원료와 에너지 확보에 사활을 걸고 있습니다. ‘어떤 것을 만드느냐’보다 ‘무엇으로 만들 것인가’가 더 중요해지면서 원료와 에너지가 곧 모든 경쟁력의 출발점이 되었습니다. 세계가 글로벌 공급망 확보를 위한 보이지 않는 전쟁을 치르는 가운데 미래 산업을 지키기 위해 포스코그룹이 새로운 시대를 열고 있습니다. 경제 전문 유튜브 채널 ‘삼프로TV’의 김프로와 함께 자세한 내용을 알아보겠습니다.

지난해 10월 경주에서 아시아 태평양 정상들과 기업인들이 한자리에 모이는 에이펙(APEC) 행사가 열렸습니다. 대통령은 서밋 특별 연설에서 공급망의 지속 가능성을 핵심 의제로 삼고 ‘글로벌 공급망 협력’을 강조했는데요. 몇 시간 후 같은 장소에서 한국, 호주, 일본을 대표하는 소재기업 CEO들이 모여 공급망을 주제로 토론하기도 했습니다.

*공급망: 원재료에서부터 완제품까지 이루어지는 연결망

미중 갈등 장기화와 고율 관세 등으로 글로벌 공급망 재편이 가속화되면서 ‘어떤 것을 만드느냐’보다 ‘무엇으로 만들 것인가’가 더 중요한 시대가 도래했습니다. 테슬라 CEO 일론 머스크는 “전술은 전투를 이기게 하지만, 공급망은 전쟁을 이기게 한다.”라고 강조했는데요. 이에 포스코그룹은 철강을 넘어 지속 가능한 성장 동력을 찾기 위해 끊임없는 변신을 하고 있습니다.

공급망을 수직 통합한 기업은 변동성을 내재할 수 있고, 일부 손해나는 영역이 있더라도 다른 가치사슬에서 그 손해를 메꾸는 구조를 확보할 수 있습니다. 가장 근원적인 출발점이자 모든 공급망의 시작은 바로 ‘원료’인데요. 포스코그룹은 전기차 배터리 수요에 대응하기 위해 이차전지 핵심 소재인 리튬 확보에 나서고 있습니다.

포스코그룹은 국내 최초로 광석 리튬에서 이차전지소재인 수산화리튬을 뽑아내는 상업 생산 공장을 준공하고, 호주의 대표적인 광산 기업인 미네랄 리소스(Mineral Resources)의 워지나(Wodgina) 광산과 마운트 마리온(Mt. Marion) 광산에 투자하며 리튬 자원 추가 확보에도 나섰습니다.

전 세계에서 최고품으로 분류되는 광산 중 하나인 서호주 워지나 광산은 리튬 함량이 높고 매장량이 풍부한 것으로 평가받고 있는데요. 이 광산은 현재 3개의 생산 라인을 가동 중이며, 연간 약 80만 톤의 리튬 정광을 생산하고 있습니다.

포스코그룹이 광물 자원에 막대한 투자를 한 이유는 뭘까요? 예전에는 자원 확보가 어떤 시기에, 얼마나 저렴하게 살 수 있느냐의 문제였지만 이제는 자원을 안정적으로 확보하고, 믿음직한 파트너를 만들고, 동맹 관계를 구축하는 것이 중요해졌습니다.

이에 포스코그룹은 국내 기업 최초로 원료 생산 현지에서 자원 연구를 수행하고 있습니다. 포스코그룹의 호주 핵심자원 연구소는 호주에서 최고 자원 전문가들을 찾아 공동 협력 프로젝트를 진행하고 있는데요. 경쟁력 있는 광산을 선제적으로 확보하는 것뿐만 아니라 광석 판매를 통한 투자로 즉각적으로 수익을 창출할 수 있기 때문에 포스코그룹의 미래와 현재의 경쟁력, 두 마리 토끼를 다 잡는 투자라고 할 수 있습니다.

사실 포스코그룹은 세계적인 자원 부국인 호주와 오랜 시간 깊은 신뢰 관계를 쌓아왔습니다. 1971년 포항제철 시절 서호주에 있는 하머슬리(Hamersley) 철광석 광산과 장기 구매 공급 계약을 맺은 것을 시작으로 호주 참전 용사들의 헌신을 기리기 위해 서호주 퍼스의 킹스파크(Kings Park)에 한국전 참전용사 추모공연장을 건립하기도 했습니다.

지난해 10월 경주 에이펙 기간에는 앤서니 앨버니지 호주 총리가 대통령 양자 회담에 앞서 포항제철소를 방문하기도 했는데요. 국가 차원에서도 한국과 호주는 산업과 공급망, 안보에서 긴밀한 관계를 유지하고 있습니다.

포스코의 글로벌 리튬 확보 현장은 호주 말고 또 있습니다. 바로 지구 반대편 아르헨티나 살타주에 위치한 옴브레 무에르토(Hombre Muerto) 염호입니다. 포스코그룹은 약 2만 5000ha 규모의 염호 광권을 활용해 리튬 제련 투자를 진행하고 있는데, 이 염호에서 전기차 약 60만 대 분량인 연간 약 2만 5000톤의 리튬을 확보할 수 있을 것이라고 예상합니다.

포스코그룹은 이렇게 해외에서 확보한 원료가 국가 소재 산업의 경쟁력으로 완성될 수 있도록 이차전지 핵심 소재를 생산하는 설비들도 차례대로 구축하고 있습니다. 포스코그룹이 호주에서 확보한 리튬 광석은 전남에 위치한 율촌산업단지로 옮겨져 별도의 추출 공정을 거친 후, 고성능 배터리에 쓰이는 수산화리튬으로 바뀝니다. 이 수산화리튬은 전기차 배터리를 구성하는 핵심 소재인 양극재에 사용되죠.

포스코그룹은 배터리의 또 다른 핵심 소재인 음극재 생산에도 주력하고 있습니다. 음극재와 양극재를 동시에 생산하는 포스코퓨처엠은 국내 유일하게 천연 흑연 음극재와 인조 흑연 음극재를 생산하고 있습니다. 음극재의 핵심 원료는 바로 흑연인데요. 흑연 공급의 80~90%를 차지하는 중국으로부터 자립하고자 탄자니아 마헨게(Mahenge) 흑연 광산 개발에 참여해 전략적으로 원료를 확보하고 있습니다. 이로써 해외에서 확보한 리튬은 양극재로, 흑연은 음극재로 탄생시키며 독자적인 이차전지소재 밸류체인을 완성할 수 있었죠.

포스코그룹의 공급망 확장은 이차전지 핵심 원료를 넘어 산업의 혈액이라 불리는 에너지에서도 계속됩니다. 가스를 생산해 LNG 운송선으로 운반한 후 터미널에 저장하고, 발전소에서 전력을 만들어내는 LNG 밸류체인을 구축하는 데 성공한 건데요. 포스코인터내셔널은 2005년 민간기업 최초로 LNG 터미널 사업을 시작한 후 2013년 미얀마 가스전 개발, 2022년 호주 세넥스 가스전 인수 등 지속적으로 LNG 사업을 확장하고 있습니다. 최근에는 미국의 알래스카 LNG 개발 프로젝트에도 참여하기로 했습니다. 이것이 성공한다면 한미 조선업 동맹의 상징인 마스가(MASGA)*와 함께 초대형 에너지 프로젝트가 될 것으로 보입니다.

*마스가(MASGA) 프로젝트(Make American Shipbuilding Great Again): 한국과 미국이 협력하여 미국 조선업의 부흥을 목표로 하는 전략적 프로젝트

자원은 유한, 창의는 무한으로 출발한 포스코그룹은 이제 미래를 여는 소재로 국가 산업 발전에 든든한 동반자로서 새로운 시대의 중심에서 있습니다. 철에서 시작해 소재로 확장되고 미래 산업으로 이어지는 힘. 글로벌 공급망의 수호자, 포스코그룹의 내일이 더 기대되는 이유입니다.

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홍정후 수석요즘 전기차나 에너지저장 장치와 같은 미래 산업 분야에서 이차전지 소재가 핵심 동력으로 각광받고 있죠. 그중에서도 양극재는 배터리의 4대 구성 요소(양극재, 음극재, 전해질, 분리막) 중에서도 원가 비중이 약 35% 이상을 차지할 만큼 아주 중요한 소재인데요. 배터리의 용량과 출력은 물론 전기 에너지를 저장하고 방출하는 기능까지 모두 양극재가 좌우하기 때문입니다. 저희 포스코퓨처엠 기술연구소 양극재개발그룹에서는 전기차 배터리의 핵심 소재인 양극재를 연구하고, 상용화를 위한 새로운 기술을 개발하는 일을 하고 있습니다.

박도협 책임양극재를 쉽게 정의하면 ‘리튬의 공급원’이라고 할 수 있어요. 양극재는 코발트, 망간, 니켈 등 다양한 금속 성분으로 구성된 전구체에 리튬을 결합해 만드는데요. 어떤 금속을 쓰느냐에 따라 배터리의 명칭과 성능, 안정성이 달라집니다. ‘리튬코발트산화물(LCO)’, ‘니켈코발트망간(NCM)’, ‘리튬인산철(LFP)’, ‘리튬망간리치(LMR)’ 등 실제로 여러 성분을 활용한 배터리가 개발되고 있죠. 저희 팀은 이 중에서도 리튬망간리치(LMR) 양극재 개발에 특히 집중하고 있습니다. 최근 제너럴모터스(GM)와 포드(Ford)가 각각 2028년과 2030년에 LMR 배터리를 채택한 전기차 출시 계획을 발표하면서 LMR이 글로벌 완성차 시장에서 크게 주목받고 있는데요. 저희 팀 역시 전기차 시장의 게임체인저가 될 LMR 배터리 개발에 총력을 기울이고 있답니다!

정광은 책임현재 전기차에 탑재되는 리튬이온 배터리 중에서 가장 많이 사용되는 배터리가 LFP 배터리입니다. 이 배터리는 중국이 기술 개발을 주도하고 있는데요. 높은 안정성과 저렴한 가격이 장점인 반면, 에너지 밀도 면에서는 다소 아쉬운 점이 있어요. 예를 들어, 기온이 영하 10도만 돼도 성능이 60~70% 수준으로 떨어지거든요. 이런 단점을 보완하기 위해 새롭게 등장한 배터리가 바로 LMR 배터리예요. LMR은 가격이 비싼 코발트와 니켈의 사용량을 크게 줄이고, 대신 저렴한 망간의 비중을 높인 것이 특징입니다. LFP보다 에너지 밀도가 높아 더 큰 배터리 용량과 성능을 구현할 수 있고, 그만큼 전기차의 주행거리를 크게 늘릴 수 있죠. 또, 리사이클링이 어려운 LFP와 달리 LMR은 리튬 회수율이 높아 재활용성 측면에서도 강점을 가지고 있고요.

홍정후 수석LMR은 단순히 가격과 성능뿐 아니라 지속가능성 측면에서도 뛰어난 경쟁력을 갖추고 있어요. 물론 장점이 많은 만큼, 양산을 위해서는 해결해야 할 과제들도 있죠. 성능 저하를 방지하기 위해 평균 전압을 안정적으로 유지하고, 불필요한 가스 발생을 억제하는 양극재 표면 코팅 기술 개발 등 다양한 기술적 뒷받침이 필요하거든요. 중국의 경우, 이미 대규모 LFP 양산 체제를 구축해 두었기 때문에 단기간에 LMR 체제로 전환하기는 쉽지 않은 상황인데요. 그런 만큼, 더욱 혁신적인 연구 개발이 중요하다고 할 수 있습니다. 저희 팀은 이런 복잡한 연구 개발 과정을 거치며 이미 LMR 양극재 개발을 마쳤고, 현재는 양산 기술 확보에 박차를 가하고 있습니다.

박도협 책임 저희는 연구개발 단계를 크게 실험실(Lab) 단계와 파일럿(Pilot) 단계로 나누어 진행했습니다. 먼저 실험실 단계 연구개발이란, 양극재 소재의 기본 특성과 최적의 조합, 공정 조건을 빠르고 정확하게 탐색하는 단계인데요. 이 과정에서 LMR 양극재의 성능을 높이고 원가를 절감하는 것을 목표로 창의적인 아이디어와 실험적 접근을 통해 양극재의 기본 특성과 최적의 조합을 찾아낼 수 있었습니다.

양주현 책임 앞서 박도협 책임님이 설명하셨듯이, 양극재를 만드는 과정은 니켈과 코발트, 망간, 알루미늄 등 다양한 금속 원료로 구성된 전구체에 리튬 소스를 첨가한 뒤, 고온에서 합성하는 소성 과정을 거쳐 생산되는데요. 저희는 이 과정에서 다양한 전구체 후보군을 선정해 주요 물성 특성을 평가한 후 최적의 소재를 찾아 실험에 착수했어요. 연구개발 과정에서 쌓아온 다양한 요소 기술을 적용하고, 변수의 영향을 분석하면서 배터리 초기 용량과 수명 등 여러 성능 평가 과정을 거쳐 최적화된 LMR 양극재를 도출할 수 있었죠. 소재 설계와 공정 조건을 끊임없이 개선하며 실험을 이어간 끝에, 양산 적용 가능성까지 검토할 수 있었고요!

김진은 책임여기서 끝이 아니에요. 실험실에서 좋은 결과가 나왔더라도, 개발된 양극재의 성능이 실제 양산 환경과 유사한 조건에서는 그대로 구현되지 않을 수 있거든요. 그래서 파일럿 단계에서 실제 양산 환경과 유사한 라인에서 장입량, 생산량, 소성로 조건 등을 조정하며 반복 실험을 통해 최적의 조건을 찾아갔죠.

김지수 책임실험실 단계에서는 100~200g 단위로 양극재를 소성할 수 있는데, 실제로 고객사에서는 작게는 킬로그램(kg), 크게는 톤(t) 단위의 샘플을 요청하곤 해요. 즉, 파일럿 단계에서 실험실에서 얻은 성능과 동일한 수준의 양극재를 안정적으로 생산할 수 있어야 고객사에서 양산 가능성을 제대로 검증할 수 있습니다. 저희 입장에서는 양극재 제품 생산을 위한 최적의 조건을 확보할 수 있어서 이 단계가 매우 중요했죠.

홍정후 수석팀원들과 함께 힘을 모아 LMR 공정 안정성을 높이기 위한 본격적인 연구개발에 나섰는데요. 파일럿 라인은 한 가지 조건만 달라져도 양극재 성능이 크게 달라질 수 있기 때문에 미세한 공정 변화도 품질에 큰 영향을 줄 수 있어, 각 조건에 대한 세심한 조정이 필수적이었어요. 다양한 조건을 반복 검증하면서 실험실에서 설계한 소성 조건을 실제 장치에 맞게 적용한 결과, 실험실 단계에서 확보한 성능과 유사한 양극재를 파일럿 단계에서도 안정적으로 생산할 수 있었고, 고객사 평가도 무사히 통과해 최종적으로 기술을 완성할 수 있었습니다. 덕분에 양산 전 최적 조건과 경제성까지 확보할 수 있었어요!

정광은 책임열흘 안에 파일럿 샘플을 받아보고 싶다는 고객사 요청이 들어왔을 때 정말 당황했던 기억이 나요. 고객사 대응과 소재 최적화 두 가지를 동시에 진행해야 했거든요. 그 상황에서 최대한 침착하게 팀원들과 역할을 나누기로 했고, 저는 고객사와 소통하며 요구 사항을 정리, 박도협 책임님은 실험 조건 최적화에 집중했죠. 그렇게 모두가 함께 자신의 자리에서 열심히 해준 덕분에 고객사가 원하는 납기도 맞추고, 소재 품질도 제대로 확보할 수 있었답니다.

박도협 책임 정광은 책임님이 그때 상황을 말씀해 주시니 저도 그 순간이 생생하게 떠오르네요. 당시 LMR 파일럿 샘플 납기까지 얼마 남지 않아 샘플 제작은 물론 소재 최적화까지 병행해야 해서 쉽지 않았죠. 그때 평소 저희 팀의 의견을 완벽하게 조율해 주시는 팀의 ‘마에스트로’ 정광은 책임님이 각자 해야 할 역할을 효율적으로 배분해 주셨는데요. 그 덕분에 무사히 샘플 제작을 마칠 수 있었어요. 혼자였다면 절대 해내지 못했을 거예요.

김진은 책임 파일럿 단계에서는 성능이 기대치보다 낮게 나왔던 순간도 있었어요. 실험실에서는 목표치를 달성했는데, 파일럿에서는 결과가 전혀 다르게 나와서 난감했죠. 그때 팀원들과 머리를 맞대고 공정 하나하나를 다시 점검하면서 원인을 찾으려고 노력했어요. 홍정후 수석님과 이론적으로 접근하다가 혼합 시간과 순서를 바꿔가며 반복 실험을 했더니 성능이 눈에 띄게 개선되더라고요!

홍정후 수석현재 글로벌 배터리 시장은 핵심 소재와 부품 공급망이 중국에 지나치게 집중돼 있어, 공급망 확보가 정말 중요한 과제로 떠오르고 있어요. 그래서 저희 팀의 가장 큰 목표는, 안정적인 공급망과 기술력을 갖춘 LMR 배터리를 성공적으로 상용화하는 것입니다. 앞으로도 배터리 소재의 안정성 강화, 가격 경쟁력 확보, 충·방전 성능 개선 등 여러 방면에서 더 나은 배터리를 만들기 위해 연구 개발을 활발히 이어갈 계획입니다. 이를 위해 생산, 품질, 판매 등 유관부서와도 적극적으로 협업할 생각입니다. 팀원들과 함께 손잡고, 차세대 배터리 소재인 LMR 양산에 성공해 포스코그룹의 미래 성장동력이 되는 것이 저희 팀의 최종 목표랍니다!

우리 일상에서 자동차를 달리게 하고, 전기를 저장하며, 수천 도의 고열을 견디게 하는 기술의 바탕, 그 중심에는 언제나 ‘소재’*가 있습니다. 그렇다면, 이 중요한 소재를 누가 만들고 있을까요? 바로 포스코퓨처엠인데요! 배터리의 핵심 소재인 양극재와 음극재는 물론, 고온의 제철 공정을 가능케 하는 내화물까지. 포스코퓨처엠이 만든 다양한 소재들은 지금 이 순간에도 우리의 삶과 미래를 바꾸는 데 쓰이고 있죠. <뿌리를 찾아서>는 포스코퓨처엠이 만든 주요 소재들이 어떻게 우리의 일상과 산업 속에 스며들었는지 그 발자취를 따라가 보는 이야기입니다. 첫 번째 편에서는 배터리의 핵심 소재 중 하나인 ‘양극재’의 뿌리를 따라가 봅니다.

*소재 (素材) : 어떤 것을 만드는 데 바탕이 되는 재료

배터리는 양극, 음극, 분리막, 전해질 네 가지 핵심 요소로 구성됩니다. 이 중 ‘양극재’는 배터리의 핵심 소재로, 전체 원가에서 차지하는 비중만 해도 무려 40%에 달하죠. 양극재는 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등 다양한 금속으로 이뤄지며, 이 원료들의 조합에 따라 배터리의 용량과 전압, 출력이 달라지기도 합니다. 그렇다면 양극재는 어떻게 단순한 소재를 넘어 고부가가치 전략소재로 자리매김하게 되었을까요? 그 역사를 함께 살펴보겠습니다.

먼저 ‘양극재’라는 단어의 기원에 대해 알아볼 필요가 있습니다. 양극재는 배터리 안에서 전자를 받아들이는 전극인 ‘양극(Cathode)’과 이를 구성하는 ‘재료(Material)’의 합성어로, 말 그대로 ‘양극을 구성하는 재료’를 뜻합니다. 단어의 어원을 살펴보면, ‘양극’을 의미하는 ‘Cathode’는 그리스어 ‘Kathodos(내려가는 길)’에서 유래했는데요. 이는 전류가 양극에서 음극으로 흐르는 특성에 기반해 붙여진 이름이라고 해요. 이 ‘양극’이라는 용어는 전자기학과 전기화학 분야에 크게 기여한 영국의 과학자 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 처음 만들었습니다.

패러데이는 양극 외에도 전기화학에 관한 다양한 용어 체계를 정립했는데요. 용매에 녹아서 전류를 흐르게 하는 물질을 ‘전해질(Electrolyte)’, 전류가 흐르는 양 끝의 접점을 ‘전극(Electrode)’, 그리고 이 전극의 산화반응이 일어나면 산화전극(Anode), 환원반응이 일어나면 환원전극(Cathode)라고 정의했습니다. 패러데이가 만든 이 용어 체계는 오늘날에도 널리 사용되고 있습니다.

양극재의 기원을 알아봤으니, 이번에는 언제부터 우리 삶에 쓰이기 시작했는지 살펴볼까요? 혹시 여러분은 최초의 전지가 무엇인지 아시나요? 바로 1800년대에 등장한 볼타(Volta) 전지인데요. 볼타 전지는 금속과 전해질로 만들어진 1차 전지로, 재충전이 불가능했어요. 이때까지만 해도 ‘양극재’라는 개념은 아직 명확하지 않았답니다. 오늘날 우리가 아는 양극재가 본격적으로 등장한 건 1860년대, 프랑스에서 납축전지가 개발되면서부터예요. 이때 양극재로 납산화물(PbO₂)이 사용되면서 ‘양극재’라는 개념이 확실히 자리 잡게 되었죠.

그 후로도 양극재는 꾸준히 발전해 왔습니다. 1970년대에는 미국의 화학자 스탠리 휘팅엄이 이황화티타늄(TiS₂)을 양극재로 활용한 세계 최초의 리튬 이온 배터리를 개발하면서, 리튬 이온 배터리의 초석을 다졌습니다. 이어 1980년대에는 미국의 존 구디너프 박사가 리튬코발트산화물(LiCoO₂, LCO)을 양극재로 사용하는 구조를 제안했죠.

마침내 1991년에 이르러 소니(SONY)가 LCO 양극재를 활용한 리튬이온 배터리를 세계 최초로 상용화하며, 이 배터리가 캠코더 등 소형 전자기기에 적용되기 시작했는데요. 이 사건을 계기로 양극재는 실질적인 산업 소재로 확실히 자리매김하게 되었답니다. LCO 배터리는 기존의 납축전지나 니켈 카드뮴 배터리에 비해 높은 에너지 밀도와 안정적인 성능을 자랑해, 현재도 스마트폰, 노트북, 태블릿 등 IT 기기는 물론 다양한 산업 분야에 사용되고 있습니다.

하지만 최근 전기차와 에너지저장장치(ESS) 같은 새로운 시장이 열리면서, LCO가 가진 에너지 밀도의 한계와 높은 코발트 가격 때문에 새로운 양극재에 대한 요구가 커지기 시작했습니다. 이에 코발트 함량을 줄이면서 에너지 밀도를 높일 수 있는 니켈(Ni)과 안정성을 보완해 줄 망간(Mn)을 첨가한 NCM(니켈-코발트-망간) 양극재가 개발되어 상용화됐습니다. 그 뒤를 이어 NCA(니켈-코발트-알루미늄), NCMA(니켈-코발트-망간-알루미늄) 등 고출력 양극재도 만들어져, 지금까지 활발히 쓰이고 있죠.

최근에는 고용량, 고출력, 장수명, 저가(低價)를 목표로 ‘하이니켈 양극재(Hi-Ni)’, ‘LFP(리튬인산철)’, ‘LMR(리튬망간리치)’, ‘고전압 미드니켈’ 등 다양한 형태의 양극재가 쏟아져 나오고 있는데요. 그야말로 양극재의 춘추전국시대가 펼쳐졌다고 해도 과언이 아니랍니다!

지금까지 살펴본 것처럼, IT 기기부터 전기차, ESS, 드론, 전동킥보드, 의료기기, 항공 기술에 이르기까지 배터리는 이제 우리 삶 곳곳에서 꼭 필요한 존재가 되었습니다. 그중에서도 요즘 가장 주목받는 분야는 단연 전기차인데요. 주행거리와 출력 같은 성능을 좌우하는 양극재는 전기차 경쟁력을 결정짓는 핵심 요소로 자리 잡고 있어요. 그만큼 전 세계적으로도 최적의 양극재를 개발하기 위한 연구와 투자가 활발히 이뤄지고 있습니다.

이 중심에 있는 기업이 바로 포스코퓨처엠입니다! 포스코퓨처엠은 니켈 함량을 95%까지 끌어올려 용량과 출력 성능을 극대화한 울트라 하이니켈(Ultra Hi-Ni) 양극재 기술 개발을 추진하고 있는데요. 이를 통해 더 긴 주행거리를 원하는 전기차 시장의 요구에 부응할 것으로 기대됩니다. 또, 볼륨 모델을 겨냥해서는 비싼 니켈의 비중은 줄이고 전압을 높여 에너지 밀도를 최대화한 고전압 미드니켈 양극재 개발에 집중하고 있고요. 엔트리 라인업에 맞춰 기존 LFP보다 더 높은 에너지 밀도를 갖춘 고밀도 LFP 양극재 개발을 위한 TF팀도 운영 중입니다.

여기에 더해, 가격이 비싼 코발트와 니켈의 사용을 줄이고, 저렴한 망간 비중을 늘려 가격 경쟁력을 확보한 동시에 재활용성까지 높인 LMR(리튬망간리치) 양극재도 개발을 완료하고, 양산 기술까지 확보한 상태입니다.

이처럼 포스코퓨처엠은 국내 대표 양극재 생산 기업으로서, 기술 변화의 흐름에 발맞춰 배터리 소재 공급망과 최첨단 연구 인프라를 바탕으로, 엔트리부터 프리미엄 라인까지 모두 아우를 수 있는 폭넓은 양극재 포트폴리오를 구축해 나가고 있습니다.

한편, IRA*, CRMA**, 미중 무역 분쟁 등 글로벌 통상 이슈가 번지면서 특정 국가에 치우치지 않은 안정적인 공급망 구축의 중요성도 커지고 있는데요. 포스코퓨처엠은 포스코그룹 차원의 튼튼한 공급망을 바탕으로 이러한 이슈에 대응할 뿐만 아니라, 안정적인 양극재 원료를 조달하기 위한 노력도 이어가고 있습니다.

*IRA(Inflation Reduction Act, 인플레이션 감축법) : 미국의 경제와 사회에 중요한 영향을 미치는 인플레이션 완화, 기후변화 대응, 의료비 지원, 법인세 인상 등을 주요 내용으로 2022년 미국에서 제정된 법률.
**CRMA(Core Raw Materials Act, 핵심원자재법) : 유럽의 산업과 경제에 필수적인 핵심 원자재의 안정적인 공급망을 확보하고자 2023년 유럽연합(EU)이 제정한 법률.

양극재는 단순한 배터리 구성 요소를 넘어, 전기차·ESS·IT 기기 등 우리의 삶과 산업 전반을 움직이는 원동력입니다. 눈에 보이지 않는 작은 소재가, 에너지 전환이라는 거대한 변화를 가능하게 하고, 지속 가능한 미래를 설계하는 데 중요한 역할을 하고 있다는 점에서 그 가치는 더욱 크다고 할 수 있죠.

포스코퓨처엠은 양극재 분야에서 기술 개발부터 생산, 자원 순환에 이르기까지 종합적인 접근을 통해 배터리 소재 산업을 선도하고 있는데요. 단순한 소재 공급을 넘어, 새로운 기준을 제시해 나가는 포스코퓨처엠의 앞으로의 활약을 기대해 주세요!

※ 이 콘텐츠는 포스코퓨처엠 스토리 기사를 토대로 제작되었습니다.

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 

급변하는 글로벌 정세와 산업계 변화 속에서 철강•에너지소재•인프라 등 포스코그룹의 주요 사업에 대한 현안을 전문가의 시선으로 진단해본다. 현재 가장 뜨겁고 중요한 이슈를 짚어보고, 분야별 전문가와의 심층 대담을 통해 그에 대한 해답을 모색해보자. 두 번째 대담에서는 한국 이차전지 산업의 현황을 진단하고, 공급망 리스크를 극복할 방안과 미래 방향성을 살펴본다.

최근 글로벌 이차전지 산업은 복합적인 도전에 직면해 있다. 미국의 자동차 부품에 대한 25% 추가 관세 부과는 한국 배터리 산업에 직접적인 압박으로 작용하는 동시에, 중국 의존도를 낮추고 공급망을 다변화할 수 있는 전략적 기회이기도 하다. 전기차 수출이 잠시 숨 고르기에 들어간 사이, ESS(에너지저장장치) 분야에서는 미국의 대중(對中) 관세 정책을 계기로 K-배터리의 글로벌 진출 가능성이 한층 커지고 있기 때문이다.

이와 동시에 중국은 막대한 내수시장과 정부 주도의 대규모 투자, 그리고 가격 경쟁력을 무기로 이차전지 소재와 배터리 시장에서 영향력을 키워가고 있다. 이러한 글로벌 시장의 구조적 변화와 함께, 한국 이차전지 소재 산업이 마주한 위기와 기회, 그리고 포스코그룹의 전략적 대응과 정부의 역할에 대해 구체적으로 짚어보고자 한다. 지금은 위기와 기회가 공존하는 변곡점이다. 선택과 집중을 통해 고부가가치 영역에서의 확실한 경쟁력을 구축하는 전략이, 앞으로 한국 이차전지 산업의 미래를 좌우할 것이다.

중국의 소재 경쟁력은 단순한 ‘가격 우위’가 아닌, ‘기술+공급망+정책’이라는 삼중 구조 위에 세워져 있습니다. 중국은 풍부한 내수시장과 가격 경쟁력을 바탕으로 글로벌 시장을 확대하고, 중앙정부와 지방정부가 파격적인 지원으로 경쟁력을 더욱 강화하고 있습니다. 한국이 이 구조적 열세를 극복하기 위해서는 광물의 공급원 다변화, 정제•가공 기술 내재화, 해외 공급망과의 전략적 파트너십 확대가 필요합니다. 포스코의 아르헨티나 리튬프로젝트는 이와 같은 전략의 대표적 사례입니다.

이처럼 공급망 구조를 견고히 하는 전략이 국내 기업 전반에 확산돼야 할 것으로 보입니다. 현재는 전기자동차의 수요 부진으로 사업에 어려움이 있지만, 전기차 수요가 다시 급증할 시점에 빠르게 대응할 수 있는 기반 마련이 중요합니다. 또한, 미국의 IRA, 유럽의 CRMA 등 공급망의 ‘출처’를 따지는 법안에 대응해, 비(非)중국 중심의 친환경 공급망 체계 구축이 필수적입니다.

이차전지 산업은 일반적으로 배터리 셀 제조사가 중심이 되는 산업으로 여겨지곤 합니다. 하지만 실제로 배터리의 성능, 안정성, 수명 등을 좌우하는 결정적인 요소는 배터리 내부에 쓰이는 핵심 소재들입니다. 양극재, 음극재, 분리막, 전해액과 같은 소재가 제 역할을 하지 못하면, 아무리 뛰어난 셀 설계 기술이 있다 하더라도 배터리의 성능을 제대로 끌어올릴 수 없습니다.

▲원료, 양극재, 원통형 배터리 사진(왼쪽부터 리튬, 원통형 배터리, 니켈, 양극재, 코발트).

그런데 이 소재들은 단순히 ‘좋은 재료’이기만 해서 되는 것이 아닙니다. 배터리 셀과 어떤 방식으로 결합되는지, 제조 공정과 얼마나 정밀하게 맞아떨어지는지가 매우 중요합니다. 예를 들어, 에너지 밀도를 높이기 위해 니켈 비중이 높은 양극재를 사용하면 충전 용량은 커질 수 있지만, 수명 저하나 안전성 문제가 뒤따릅니다. 실리콘이 포함된 음극재는 충전 용량은 좋지만, 충전과 방전 과정에서 부피 팽창이 일어나 이를 제어하지 않으면 셀 자체의 안정성과 수명에 문제가 생길 수 있습니다.

그렇기 때문에 소재 기업과 셀 제조사는 별개로 움직일 수 없으며, 기술적으로도 긴밀히 협력할 수밖에 없습니다. 소재 공급사가 셀 제조사의 요구를 단순히 따라가기만 하는 위치에 머물러서는, 산업 전체의 경쟁력을 유지하기 어렵습니다.

예를 들어, 셀 제조사가 요구하는 전극 밀도, 코팅 두께, 전해질 호환성 등에 대한 사전 공유 세션을 정례화하거나, 파일럿 단계에서의 공동 평가 체계를 운영하는 것도 실현 가능한 협력 방식입니다. 이는 소재 기업에게는 개발 방향성과 기술 투자의 확실성을, 셀 제조사에게는 맞춤형 소재 확보와 리스크 최소화를 보장하는 구조로 평가할 수 있을 것입니다.

이런 균형 있는 협력 구조가 정착되면, 소재기업은 독자적인 기술 경쟁력을 확보하게 되고, 셀 제조사는 더 빠르고 안정적으로 차세대 배터리를 시장에 출시할 수 있게 됩니다. ‘함께 성장하는 구조’, 이것이 지속 가능한 배터리 산업 생태계를 만들기 위한 핵심 방향입니다.

이차전지 산업이 글로벌 핵심 산업으로 빠르게 부상하면서, 이제는 소재 하나하나가 단순한 원재료를 넘어 ‘전략 자산’으로 여겨지고 있습니다. 특히 배터리의 성능과 안정성을 좌우하는 양극재와 음극재는 전기차•에너지저장장치(ESS) 시장 확대와 맞물려 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 이런 흐름 속에서 포스코그룹은 단순한 철강기업을 넘어, 이차전지 소재 분야에서 중요한 주도권을 확보한 몇 안 되는 국내 기업 중 하나입니다.

포스코퓨처엠을 중심으로 한 포스코그룹의 소재 사업은 양극재와 음극재 양쪽 모두에서 사업 기반을 빠르게 확장하고 있습니다. 특히 니켈 비중이 높은 고성능 양극재를 안정적으로 생산할 수 있는 역량을 갖추고 있으며, 흑연을 기반으로 한 음극재 분야에서도 글로벌 Top 10에 속하는 유일한 중국 외 기업으로서 매우 의미 있는 경쟁력을 보유하고 있습니다. 여기에 그치지 않고, 그룹 차원에서 리튬, 니켈, 망간 등 핵심 광물의 확보와 이 광물로부터 불순물을 제거하고 원하는 성분만 추출하는 정련•정제 능력 내재화까지 추진하고 있다는 점은 포스코그룹의 가장 큰 강점입니다.

‘소재-광물-공정’이 연결된 구조는 단순히 수직 계열화라는 형식적 의미를 넘어서, 공급망 전체를 그룹 안에서 안정적으로 관리할 수 있다는 점에서 큰 전략적 가치를 지닙니다. 글로벌 시장에서는 소재를 생산하더라도 광물 확보에서 불안정성이 발생하면 공급이 끊기거나, 원가가 급등하는 위험이 따르기 때문입니다.

앞으로는 이러한 강점을 더욱 확실한 경쟁력으로 발전시키기 위해 두 가지 방향의 전략적 접근이 필요하다고 생각합니다.

첫째, 글로벌 완성차와 배터리 셀 제조사들과의 전략적 공급 계약 확대입니다. 포스코그룹이 확보한 소재 역량과 광물 자산은 전 세계 고객사 입장에서 매우 매력적인 조건입니다. 이를 토대로 안정적인 수요처를 확대하고, 기술 공동개발이나 장기 공급 파트너십으로 이어질 수 있도록 관계를 넓혀야 합니다.

둘째, 친환경성과 기술 내재화를 동시에 달성하는 이차전지 공급망 고도화입니다. 앞으로는 단순히 양이 많은 공급보다, 얼마나 친환경적인 방식으로, 그리고 중국 이외의 자원을 활용해 생산하느냐가 중요해질 것입니다. EU의 CRMA(핵심원자재법), 미국의 IRA(인플레이션감축법) 이후 이어지는 관세 정책처럼 공급망의 ‘출처’를 따지는 시대가 본격화되기 때문입니다. 포스코그룹은 ESG(환경•사회•지배구조) 측면에서도 강점을 가진 기업이므로, 글로벌 인증 및 규제 대응 체계를 선제적으로 구축하고, 이를 소재 사업에 연계하는 전략이 필요하다고 봅니다.

최근 글로벌 배터리 시장은 눈에 띄게 빠른 속도로 재편되고 있습니다. 특히 가격 경쟁력을 내세운 중국산 LFP 배터리가 전기차 시장의 대중화 흐름과 맞물리며 점유율을 빠르게 높이고 있고, 이에 따라 배터리 소재 시장 역시 새로운 방향 전환을 요구 받고 있습니다.

이런 변화는 한국 배터리 업계에 위협이 되기도 하지만, 오히려 새로운 전략적 기회를 창출할 수 있는 계기이기도 합니다. 포스코퓨처엠이 성능과 가격의 균형을 노린 LMR 소재에 집중하고 있는 것은, 중국과의 단순 가격 경쟁이 아닌 차별화된 기술력과 제품군으로 시장을 공략하겠다는 전략적 선택으로 보입니다.

LMR은 에너지 밀도는 LFP보다 높고, 희귀금속 의존도가 낮아 원가 측면에서 경쟁력이 있습니다. 또, 재활용 측면에서도 LFP보다 유리한 구조를 가지고 있어 장기적으로 성능과 가격 경쟁력을 동시에 갖춘 대안이 될 것으로 보입니다. 다시 말해, LFP보다 조금 더 좋은 성능을 원하지만, 고가의 하이엔드 배터리는 부담스러운 고객층을 타깃으로 하는, ‘중간 시장을 정조준’한 전략입니다. 이는 앞으로 배터리 수요가 다양화될 글로벌 시장에서 매우 유효한 방향이라 판단됩니다.

결국 LMR과 같은 차별화 전략은 포스코퓨처엠의 기술 자산을 효과적으로 활용하는 방식이며, 이는 분명 강력한 경쟁력이 될 수 있습니다. 하지만 시장의 주류가 LFP 쪽으로 쏠리는 현실을 외면하지 않고, LFP 대응 전략 또한 하나의 축으로 가져가는 이중 구조가 더 큰 시너지를 낼 것으로 보입니다. 실제로 LFP는 에너지저장장치(ESS), 저가형 상용 전기차, 2륜차 시장 등에서 꾸준한 수요가 예상되는 만큼, 이를 ‘보완재’가 아닌 전략적 병렬 축으로 보는 시각이 필요하다 생각됩니다.

최근 한국 정부와 국회에서도 이차전지 산업의 중요성을 인식하고 다양한 정책적 논의가 이루어지고 있습니다. 최근 관련 특별법이 발의되고, 세제•R&D 지원 확대와 같은 논의도 활발히 이루어지고 있는 점은 분명 고무적인 흐름입니다. 하지만 현장에서 느끼는 체감도는 여전히 낮은 것이 현실입니다. 정책적 선언과 실제 지원 간의 간극, 그리고 대기업 셀 제조사 중심의 제도 설계로 인해 소재 기업이나 후방공정 기업들이 상대적으로 소외되고 있는 구조는 여전히 개선되지 않은 숙제로 남아 있습니다.

이런 가운데에서도 포스코퓨처엠은 한국 이차전지 산업에서 매우 드문 사례를 만들어가고 있습니다. 중국을 제외하고는 거의 유일하게 흑연계 음극재를 상업화해 공급하고 있는 기업이라는 점은, 단순히 생산 능력을 넘어 전략 자산에 가까운 기술력이라 할 수 있습니다. 하지만 문제는 이러한 경쟁력 있는 기술조차 중국산 저가 제품의 가격 공세 앞에서는 시장 확대에 큰 제약을 받고 있다는 점입니다.

중국은 중앙정부는 물론 지방정부까지 나서서 배터리 소재 기업에 직접적인 보조금, 부지 지원, 세금 감면 등 전방위적 정책적 지원을 아끼지 않고 있습니다. 미국, 일본에서도 투자세액공제 직접환급•제3자 양도제, 생산세액공제, 정책금융 등 파격적인 지원 정책을 펼치고 있습니다. 반면 한국의 경우, 아직까지도 R&D 세액 공제나 금융 지원 중심의 간접적 방식에 머무르고 있으며, 특히 소재산업 특유의 장기 투자 구조와 낮은 수익성을 고려한 맞춤형 지원 체계는 부족한 실정입니다.

따라서 앞으로 정부가 해야 할 일은 명확합니다. 선언적인 법안이나 단기적 지원보다는, 소재 기업의 기술력과 시장 가능성에 기반한 전략 품목 지정 및 구조적 지원 체계를 갖추는 것이 중요합니다. 예를 들어, 단순한 R&D 지원을 넘어 기술과 수요를 함께 설계하는 수요 기반 정책 설계를 함께 할 수 있습니다. 정부가 공공 ESS(Energy Storage System)나 지자체 보급형 전기차 등에서 일정 비율 이상의 국산 소재 사용을 권고하거나, 실증 프로젝트를 통해 특정 기술이 적용된 제품을 파일럿 도입•평가하는 제도를 운용한다면, 기업들은 초기 판로에 대한 불확실성을 줄이고 기술 개발에 더 과감하게 나설 수 있으리라 생각됩니다. 즉, 특정 기술을 보유한 소재 기업에 대해 국가 수요 연계 사업을 추진하거나, 공공조달•완성차 연계 실증 프로그램을 통해 초기 시장 진입의 허들을 낮춰주는 것이 현실적인 방안이 될 수 있을 것으로 보입니다.

포스코퓨처엠은 음극재 분야에서 이미 세계 수준의 기술력을 갖추고 있는데, 여기에 정부의 선제적이고 전략적인 지원이 더해진다면, 한국은 배터리 후방공정에서도 중국에 뒤지지 않는 경쟁력을 구축할 수 있을 것입니다. 결국 ‘국가 전략산업’이라는 이름에 걸맞은 정책을 실현하려면, 선언이 아닌 현장에서 체감할 수 있는 실행 중심의 지원이 필요하다고 생각됩니다.

신기술이 시장에서 대중화되기 전에는 많은 어려움을 겪습니다. 실질적인 수익을 만들어내기 위해서는 대량 생산과 안정적인 수요 확보, 고객 신뢰가 뒤따라야 하고, 많은 기술이 이 과정에서 정체되거나 도태되기도 하지요. 최근 한국의 이차전지 산업이 바로 이 고비에 놓여 있다는 진단이 산업계의 공감대를 얻고 있다고 생각됩니다.

실제로 상황은 만만치 않습니다. 먼저, 중국산 LFP 배터리가 전기차 시장의 하위 가격대 세그먼트를 빠르게 장악하면서, 고부가가치 제품에 집중해온 국내 셀 제조사와 소재사들은 수요 위축을 겪고 있습니다. 여기에 글로벌 완성차 업체들이 배터리 셀을 직접 만들겠다는 내재화 전략을 확대하고 있고, 미•중 간 공급망 재편도 계속되면서 한국 기업들이 예측 불가능한 글로벌 리스크에 노출되는 상황입니다. 이 모든 흐름이 맞물리면서, 포스코그룹을 포함한 에너지 소재 기업들도 당장의 성장 속도가 둔화되고 있는 것이 사실입니다.

하지만 이러한 조정 국면은 단기적인 정체로 볼 필요가 있습니다. 이차전지 산업은 여전히 장기적으로 성장성이 매우 높은 분야이며, 기술력과 공급망 안정성을 동시에 갖춘 기업에게는 오히려 재편기 속에서 시장 영향력을 키울 수 있는 기회가 될 수도 있습니다. 단기적으로는 수요 위축과 가격 경쟁이 이어질 수 있지만, 이럴 때일수록 고부가가치 제품군에 집중하고, 공급망의 신뢰성과 안정성이라는 ‘가격 외 가치’를 부각시키는 전략도 중요하게 작용할 수 있습니다.

지금의 정체는 산업의 ‘한계’라기보다, 다음 도약을 위한 준비 기간에 가까운 것으로 보입니다. 그리고 이 시기를 얼마나 전략적으로 견디느냐에 따라, 향후 5년, 10년 뒤의 산업 주도권이 결정될 것입니다. 포스코그룹이 지금까지 보여준 실행력과 장기 전략 기조를 본다면, 이 조정기를 충분히 넘고, 오히려 새로운 질서를 주도하는 역할로 나아갈 수 있으리라 믿습니다.

최근 이차전지 소재산업은 자동차 부품에 대한 미국의 추가 관세 부과, 중국의 풍부한 내수시장과 가격경쟁력, 정부의 투자와 기술 내재화, 고도화로 위기를 겪고 있다. 그러나 한국 기업이 선택과 집중으로 경쟁력을 구축하고 정부와 국회가 시장 가능성에 기반해 ‘국가 전략산업’에 걸맞은 일관성 있고 정책 설계로 지원한다면 중국에 뒤지지 않는 경쟁력을 구축해 위기를 기회로 바꾸고 시장을 주도할 수 있을 것입니다.

지난 5일부터 7일까지 3일간 ‘인터배터리 2025’가 코엑스에서 개최됐습니다. 올해로 13살을 맞는 인터배터리는 국내외 배터리 산업을 이끄는 기업들이 배터리 제품과 기술 성과를 공유하는 국내 최대 규모 배터리 산업 전시회인데요. 이번 전시회는 지난해보다 20% 늘어난 688개 기업이 참여하고 7만 명 이상의 관객이 방문한 역대 최대 규모로 개최되어 이목을 끌었습니다.

특히, 참가 기업들은 전기차 캐즘의 장기화로 어려움을 겪는 상황에서 이를 이겨낼 새로운 제품과 기술들을 공개했는데요. 포스코퓨처엠 홍보그룹의 성창민 사원과 함께 ‘인터배터리 2025’ 포스코퓨처엠 부스로 함께 가보겠습니다. 더 멀리 이동하고, 더 빠르게 충전하고, 더 저렴한 전기차를 위한 배터리 소재 기술과 원료·소재·리사이클링을 아우르는 포스코그룹 차원의 공급망 구축 성과, 지금 만나보시죠.

▲인터배터리2025 포스코퓨처엠 부스 전경.

안녕하세요. 포스코퓨처엠 홍보그룹 성창민입니다! 차세대 배터리 기술을 한 자리에서 만날 수 있는 ‘인터배터리 2025’가 올해도 어김없이 성황리에 개최되었습니다. 포스코퓨처엠은 이번 전시에서 “Move on, Change the Future(미래를 바꾸다)”를 주제로 전년 대비 더욱 큰 규모의 전시공간을 마련해 눈길을 끌었는데요. 우리나라에서 유일하게 양극재와 음극재를 모두 생산하는 기업답게, 이번 전시에서 양·음극재 신제품을 함께 선보이며 배터리소재 기술 경쟁력과 연구 개발 로드맵을 공개했습니다.

포스코퓨처엠 부스에서는 전기차 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 미래 기술과 소재가 가장 눈에 띄었는데요. 특히 포스코퓨처엠 최신 기술의 결정체인 ‘울트라 하이니켈 단결정 양극재(Ultra Hi-Ni)’가 눈길을 끌었습니다. 울트라 하이니켈 단결정 양극재는 전기차의 출력과 주행거리를 결정하는 니켈의 함량을 95%까지 끌어올려 성능을 극대화한 제품인데요. 포스코퓨처엠은 2026년까지 양산 기술을 확보해 프리미엄 전기차 시장을 공략할 계획입니다.

▲포스코퓨처엠의 차세대 배터리 소재 울트라 하이니켈 단결정 양극재(왼쪽)과 실리콘 음극재(오른쪽).

음극재로는, ‘실리콘 음극재(Si-C)’와 ‘저팽창 천연 흑연 음극재’*가 소개되었는데요. 실리콘 음극재는 기존 흑연계 음극재 대비 저장용량을 약 5배 높였고, 저팽창 천연 흑연 음극재 또한 성능을 개선해 충전 시간을 이전보다 30% 단축했다고 합니다. 포스코퓨처엠은 이 두 음극재를 2027년부터 양산하여 고객사의 수요에 대응할 계획입니다.

*저팽창 천연흑연 음극재 : 포스코퓨처엠이 독자 개발한 음극재로, 기존 천연흑연 음극재 대비 안정성, 수명, 고속충전 성능을 강화한 소재

최근 글로벌 완성차 기업들이 엔트리급 전기차 모델들을 잇달아 내놓으며 전기차 대중화 시대를 열어가고 있습니다. 엔트리급 전기차 모델들이 가격 경쟁력을 갖추려면, 어느 정도 성능을 유지하면서도 더 저렴한 배터리가 필요한데요. 더 저렴한 배터리를 위해서는 더 저렴한 소재가 필요한 법이죠!

포스코퓨처엠은 이러한 니즈에 발맞춰 LMR, LFP, LMFP 등 전기차 대중화를 이끌 양극재 제품들도 선보였습니다. 특히 LMR(리튬망간리치) 양극재는 값비싼 니켈과 코발트의 비중을 낮추고, 망간을 높여 가격경쟁력과 성능을 높인 소재로, 에너지 밀도를 최대 30%까지 높일 수 있어 엔트리 전기차 시장에서 새로운 대세가 될 것으로 기대됩니다. LFP 대비 용이한 리사이클링은 덤이죠!

이 외에도 중간 가격대 전기차를 겨냥한 배터리 소재를 선보였는데요. 니켈 함량을 약 60%로 낮추면서도 고전압을 적용해 에너지 밀도를 높인 고전압 미드니켈(Mid-Ni)을 부스에 전시하여, 엔트리부터 프리미엄까지 아우르는 포스코퓨처엠의 배터리 소재 포트폴리오를 엿볼 수 있었습니다.

▲포스코인터내셔널의 구동모터코아 제품(왼쪽)과 포스코의 전기차용 철강제품(오른쪽).

이번 전시에서는 포스코퓨처엠의 신제품뿐만 아니라, 포스코인터내셔널의 구동모터코아와 포스코의 전기차용 철강제품 등 포스코그룹 차원의 공급망 구축 성과도 함께 소개됐습니다.

아르헨티나 리튬 염호, 인도네시아 니켈 제련 사업, 아프리카 흑연 광산 등 포스코그룹이 선제적으로 우량 자원을 확보한 현황을 한눈에 볼 수 있었고, 폐기물 발생과 탄소 배출을 줄인 새로운 리사이클링 기술을 통해 이차전지 토털 프로바이더(Total Provider)로 거듭나고 있는 포스코그룹의 면모도 확인할 수 있었습니다.

신제품과 사업 성과뿐만 아니라, 부스에는 다양한 볼거리와 체험 요소도 마련돼 관람객들의 관심을 끌었는데요. 포스코퓨처엠의 소재가 적용된 제품을 전시하고, 자전거 페달을 밟아 생산된 전기만큼 기부하는 체험 등 다양한 참여형 이벤트로 흥미를 더했습니다.

인터배터리 2025 현장에서 보여드린 선보인 포스코퓨처엠의 기술력과 성과들, 어떻게 보셨나요? 앞으로도 포스코퓨처엠은 포스코그룹 차원의 공급망과 높은 기술력을 바탕으로 배터리 소재 톱티어 기업으로 성장해 나갈 계획인데요. 내년에 열릴 ‘인터배터리 2026’에서는 포스코퓨처엠의 더욱 발전된 모습을 만나볼 수 있길 기대해 주세요!

전 세계적으로 전고체 전지 기술 개발 경쟁이 뜨거운 만큼 포스코그룹도 전고체 전지의 원료와 핵심 소재를 활발하게 연구 개발해 오고 있는데요. 실제 연구가 이루어지는 곳이 바로 포항 포스코홀딩스 미래기술연구원입니다. 그래서! 최현정 아나운서가 직접 포항으로 찾아가 전고체 전지 전문가인 권오민 수석연구원을 만나 뵙고 알면 알수록 흥미로운 전고체 전지 이야기를 나눴는데요. 포스코그룹이 준비하는 전고체 전지 핵심 소재 사업이 궁금하셨던 분들은 주목해 주세요~ 지금 바로 시작합니다!

현재 전기차에 가장 많이 사용되는 이차전지 종류가 무엇인지 아시나요? 바로 리튬이온 전지입니다. 리튬이온 전지를 이루는 구성요소 중 양극과 음극 사이로 리튬 이온이 원활하게 이동할 수 있도록 돕는 전해질은 액체로 이루어져 있는데요. 액체 전해질은 가연성 유기용매를 포함하고 있어 고온 환경이나 외부 충격 상황에서 화재나 폭발 위험이 크다는 문제가 있습니다.

이때, 분리막은 양극과 음극의 직접적인 접촉을 막는 방패막이 역할을 하는데, 리튬이온 전지 분리막의 경우 우리가 흔히 아는 비닐봉지의 주성분인 폴리머(Polymer)로 이루어져 있죠. 실제 비닐봉지에 열을 가하면 수축하면서 소멸하듯, 리튬이온 전지의 분리막 또한 열을 받으면 손상되고, 그렇게 되면 양극과 음극의 단락*이 발생하게 됩니다.

*단락 : 전기 회로의 두 점 사이의 절연이 잘되지 않아 두 점 사이가 접속되는 현상

전고체 전지는 기존 리튬이온 전지에서 사용하는 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 타입의 전지입니다. 강성이 낮은 폴리머(Polymer) 성질의 리튬이온 전지의 분리막과는 달리 분리막이 세라믹(Ceramics)으로 이루어져 있어 강성이 높죠. 그뿐만 아니라 휘발성이 없고 발화점이 높으므로 열을 받더라도 형상을 잘 유지해 화재로부터 안전합니다.

안전성이 향상되면 배터리에 들어가는 외장 케이스나 냉각장치 등의 열 관리 시스템을 단순화할 수 있어 배터리 팩(Pack) 단위에서 보다 향상된 에너지 밀도를 구현할 수 있는데요. 에너지 밀도가 향상되면 전기차 한 번 충전 시 주행가능 거리를 크게 늘릴 수 있습니다. 또한 리튬이온 전지에서는 위험성이 높아 사용할 수 없었던 리튬메탈 음극, 실리콘 음극, 실버/카본 나노 복합 음극체 등의 소재를 적용할 가능성도 높아져 기존 흑연 음극재 대비 에너지 밀도가 10배 가까이 늘어날 것으로 기대합니다. 내연기관 차에서 전기차로의 완전한 전환에 대응할 차세대 배터리로 전고체 전지가 떠오르는 이유, 이제 잘 아시겠죠?

설명만으로는 이해하기 어려운 분들을 위해 권오민 수석연구원이 직접 포스코그룹에서 생산하는 전고체 전지 샘플을 가져와 성능 테스트를 진행했는데요. 결과를 만나 보기 전에! 먼저 포스코그룹의 전고체 전지 스펙을 하나하나 자세히 뜯어 볼까요?

언뜻 보기에 얇은 종이 조각처럼 보이는 전지에 양극과 음극을 연결해 불이 들어오게 한 다음, 가위로 전지 면을 절단해 봤는데요. 과연 잘라도 불은 그대로 들어올까요?

전지를 반으로 잘라도 불빛이 꺼지지 않는 마법~ 이 놀라운 비결은 바로 전고체 전지를 이루고 있는 고체 전해질이 그 자체로도 분리막 역할을 하므로 강성이 높아 외부 충격 요인에도 멀쩡한 상태를 유지할 수 있기 때문인데요. 만약 전지 내부가 액체 전해질로 채워져 있었다면, 분리막이 손상돼 전해질이 누액·산화되고, 결국 전지는 구동되지 않아 제 역할을 하지 못했겠죠! 전고체 전지, 차세대 배터리 대표주자로 인정합니다!

그렇다면 이런 전고체 전지의 핵심 소재인 고체 전해질의 종류에는 어떤 게 있을까요? 전고체 전지에 쓰이는 고체 전해질은 황화물계, 고분자계, 산화물계 세 가지로 나뉘는데요. 이중 황화물계 고체 전해질은 상대적으로 부드러운 성질로, 전극과 전해질 간의 계면을 넓게 형성해 리튬 이온 전도도가 높아 전기차용으로 상용화 가능성이 가장 높습니다. 그러므로 전 세계 많은 기업이 가장 눈여겨보는 소재죠.

고체 전해질을 만들려면 황화리튬, 오황화인, 염화리튬 세 가지 핵심 원료가 필요합니다. 이 세 가지 원료를 균일하게 혼합한 다음, 열처리를 통해 아지로다이트(Argyrodite, 은, 게르마늄, 황이 결합된 희귀 광물)를 합성하는데요. 이때 중요한 건 고체 전해질의 입자 크기를 적절하게 형성해야 한다는 겁니다. 분쇄*와 해쇄** 공정을 거쳐 입자 크기를 조절하면 고체 전해질이 완성됩니다.

*분쇄 : 단단한 물체를 가루처럼 잘게 부스러뜨림

**해쇄 : 뭉쳐진 입자들을 원래의 입자들로 분리해 주는 작업

포스코그룹도 전고체 전지 시장을 선점하고자 황화물계 고체 전해질 사업에 집중하고 있다는 사실 아셨나요? 먼저 포스코홀딩스는 고이온 전도 소재나 수분 안정형 고체 전해질의 조성 기술 개발에 한창입니다. 시제품 내부 테스트 결과, 리튬이온 전지와 동등한 수준의 전지 성능을 구현할 수 있다는 걸 확인했다고 해요.

2022년 2월에는 디스플레이 소재·부품 전문 기업인 ㈜정관에 지분 40%를 투자해 포스코JK솔리드솔루션을 합작 설립하고, 연간 24톤의 황화물계 고체 전해질을 양산할 수 있는 규모의 생산 공장을 준공했는데요. 최근에는 신규 공정 기술을 적용하는 데 성공해 생산량을 7200톤으로 늘리고자 단계적인 규모 확장을 준비하고 있으며, 다양한 고객사를 대상으로 전고체 전지 제품 테스트를 진행하고 있다고요!

포스코그룹은 국내에서 유일하게 염수리튬, 광석리튬, 수산화리튬, 탄산리튬을 생산하고 있는 기업입니다. 그 외에도 고부가 리튬 화합물에 대한 연구 개발도 활발하게 진행 중인데요. 고체 전해질을 생산하려면 필수적으로 황화리튬, 염화리튬 등의 리튬 화합물 확보가 필요한 만큼, 리튬 생산 인프라를 보유한 포스코그룹이 황화물계 고체 전해질 사업 분야에서 상당한 경쟁력을 갖췄다고 할 수 있겠네요!

▼포스코그룹의 전고체 전지 성능 풀 영상으로 확인하기

포스코가 지난 10월 7일부터 사흘간 서울 삼성동 코엑스에서 ‘2024 지속가능소재포럼’을 개최해 국내외 고객사들과 미래 동반자로서 상생 의지를 다지고 글로벌 철강·이차전지소재 인사이트를 공유했다. ‘미래를 여는 소재, 초일류를 향한 혁신’의 비전을 향해 큰 걸음을 내디뎠던 생생한 현장을 만나본다.

▲10월 7일부터 사흘간 서울 삼성동 코엑스에서 열린 2024 포스코 지속가능소재포럼 전경.

이번 포럼은 지난 2010년부터 격년 주기로 열려 7회차를 맞이하였습니다. 포스코그룹의 새로운 경영 비전에 맞춰 ‘지속가능한 미래를 여는 소재, 고객과 함께하는 혁신’을 주제로 개최되었고, 포럼의 명칭 또한 이에 걸맞게 ‘지속가능소재포럼’으로 변경되었습니다. 현장에는 현대자동차, 혼다, 한화오션, HD한국조선해양, 삼성전자, LG전자 등 △자동차 △조선 △에너지 △건설 △가전 각 분야 주요 산업을 이끄는 국내외 500여 개 고객사에서 1000여 명의 관계자들이 참석해 자리를 빛냈습니다.

▲10월 8일 서울 코엑스에서 열린 2024 지속가능소재포럼에서 환영 인사말을 하는 이시우 사장.

이시우 포스코 사장은 10월 8일 환영 인사에서 2024 지속가능소재포럼을 소개하며 변함없는 고객사의 지지에 거듭 감사함을 전했는데요. 이시우 사장은 “포스코그룹은 함께 상생하는 고객사의 무한한 발전을 최우선으로 생각하고, 미래에도 변함없는 비즈니스 파트너가 될 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했습니다.

포스코는 이번 포럼에서 고객사와 포스코가 서로 교류할 수 있는 프로그램뿐만 아니라 국내외 고객사 간에도 네트워킹할 수 있는 프로그램을 마련했는데요. 이런 다양한 네트워킹 프로그램을 통해 고객사 간 사업 시너지를 창출하고 탄소저감을 위한 협력 관계를 강화할 수 있도록 지원했습니다. 또, 고객 접점에서 판매를 담당하는 마케팅 부서 직원들과 생산 현장인 포항·광양제철소에서 온 엔지니어 100여 명이 고객사 담당자들을 함께 만나 교류하고 소통할 수 있는 장을 만들었습니다.

▲포럼 참석 고객사 간 네트워킹할 수 있는 밋업(Meet-up) 프로그램에서 소통 중인 관계자들.

포럼에 참석한 고객사들은 올해 처음으로 진행된 국내외 고객사 간 밋업(Meet-up) 프로그램을 통해 소재 공급과 공동 기술개발 등 다양한 업무협약을 맺고 신규 판로 개척과 비즈니스 확장의 기회를 가졌습니다.

▲행사장 3층 로비에 마련된 고객사 제품 전시 부스에서 포럼 참석자들이 다양한 제품을 살펴보고 있다.

포스코는 행사장 3층 로비에 고객사와 공동 개발한 제품을 선보인 부스를 설치했는데요. 이를 통해 고객사의 신기술과 제품을 알려 고객사 간 신규 비즈니스 기회를 창출할 수 있는 기회를 마련하고자 했습니다. 자동차, 건설, 에너지 등 다양한 산업에서 활동하는 44개 고객사가 전시 부스에 참여했으며, 자동차 부품, 모터코어 등 포스코 소재가 적용된 2차 제품들이 관람객들의 이목을 끌기도 했습니다.

포스코는 고객사와 그룹사 등으로 이루어진 포럼 참석자들에게 글로벌 산업 트렌드와 현안을 공유하고자 ESG, AI, 철강과 이차전지소재산업 분야의 전문가들을 초빙해 총 19건의 강의를 마련했는데요. 첫 번째로 진행된 Plenary 세션에서는 세계적으로 저명한 이해관계자들이 심도 있는 기조강연과 특별강연을 펼쳤습니다. 기조강연에는 미래학자 로스 도슨(Ross Dawson)이, 특별강연에는 손일 연세대학교 신소재공학교 교수, 다니엘 리 코넬대학교 전기컴퓨터공학과 교수 등이 연사로 나서 다양한 인사이트를 제시했습니다.

▲‘미래 산업 전망과 소재기업의 혁신, 협력방안 제시’를 주제로 기조연설을 하는 로스 도슨.

미래 컨설팅 대표회사 어드밴스드 휴먼 테크놀로지스 그룹(Advanced Human Technologies Group) 창립자이자 세계적인 미래학자인 로스 도슨(Ross Dawson)은 ‘미래 산업 전망과 소재기업의 혁신, 협력방안 제시’를 주제로 강연했습니다. 로스 도슨은 “인구 구조와 기후 변화, 기술 발전 등으로 인해 인류는 중대한 전환점에 서 있다. 이는 글로벌 시스템과 경제 구조를 재편할 기회를 제공하므로 비전 있는 리더십, 강력한 협력으로 경제적 번영과 지구 환경을 함께 고려한 회복력 있는 미래를 설계해야 한다”고 말했습니다.

▲특별강연 첫 번째 연사로 나서 ‘저탄소 철강, 지속가능한 미래를 위한 도전과 기회’에 대해 강연한 손일 교수.

이어, 특별강연 첫 번째 연사로 손일 연세대학교 신소재공학과 교수가 무대에 올랐는데요. 손일 교수는 ‘저탄소 철강, 지속가능한 미래를 위한 도전과 기회’를 주제로 수소 기반 제철, 전기로, 직접 환원철 등 저탄소 철강 생산 기술과 경제적 타당성에 대해 논의했습니다. 또한, ESG 관점에서 국제 환경규제의 영향과 대응 방안을 소개하고, 한국 정부의 철강업 지원 정책을 해외 사례와 비교해 설명했습니다.

▲‘AI 기술을 통한 제조업의 디지털 전환, 그 이상의 가치’ 라는 주제로 두 번째 특별강연에 나선 다니엘 리 교수.

마지막 특별강연 연사는 다니엘 리 코넬대학교 전기컴퓨터 공학부 교수였습니다. 다니엘 리 교수는 ‘AI 기술을 통한 제조업의 디지털 전환, 그 이상의 가치’를 주제로 딥러닝에서 생성형 AI로의 진화를 설명하고, AI가 품질 향상, 비용 절감, 생산성 증대에 기여한 사례를 제시했습니다. 또한, AI와 로봇공학, 인간-기계 인터페이스의 통합과 물류와 공급망 관리에서의 AI 적용 효과 등 향후 과제들을 설명했습니다.

기조강연과 특별강연이 끝난 후에는 Concurrent 세션에서 총 5가지 테마로 구성된 강연이 펼쳐졌는데요. △인사이트(Insight) △지속가능성(Sustainability) △혁신(Innovation) △산업특화(Industry Expert)_철강 △산업특화(Industry Expert)_이차전지소재 등 다양하고 흥미로운 주제의 강연들을 참석자들이 각자 관심사에 맞게 선택해 들을 수 있도록 해 만족감을 높였습니다.

▲집중해서 발표를 듣는 포럼 참석자들.

인사이트 분야에서 ‘미래시장과 산업, 기술 트렌드’에 관해 강연한 이근 서울대학교 석좌교수는 미중 갈등과 보호무역주의 확산 속에서 기업들이 직면한 도전과 대응 전략을 소개했습니다. 글로벌 가치사슬 재편, 맞춤형 생산 방식, 탈세계화, 각국 정부의 규제 강화에 따른 리스크 대응 방안과 철강, 반도체, 배터리 등 주요 산업의 변화와 중국의 경제 전략에 대한 대응책을 설명했습니다.

프리티야 프라비나 HSBC 기후변화 부문장 외 2명은 지속가능성(Sustainaibilty) 분야에서 ‘탈탄소 시대 기업의 대응’에 관해 강연을 펼쳤는데요. 프라비나 부문장은 청중들에게 글로벌 금융기관의 전환 계획과 고객 참여의 중요성, 탈탄소화 지원을 위한 금융 재원 활용에 대해 소개하고 지속가능성 전략을 통한 기업 가치 창출, 금융 솔루션을 활용한 위험 관리, 공급망 탈탄소화를 위한 협력 방안을 공유했습니다. 그 밖에도 정주환 네이버 클라우드 리더 외 2명이 혁신(Innovation) 분야 강연자로 나서 디지털 전환과 생산성 혁신에 대한 인사이트를 나눴습니다.

▲‘친환경차 미래 전망과 최신 기술’에 대해 설명하는 김필수 대림대학교 미래자동차학부 교수.

마지막으로, 산업별 전문가 세션에는 김필수 대림대학교 미래자동차학부 교수와 유태승 코펜하겐 오프쇼어 파트너스 코리아 대표, 유현준 홍익대학교 건축학부 교수가 참여해 친환경차, 에너지, 강건재 등 산업별 미래 전망과 최신 기술을 소개하는 시간을 가졌습니다.

포스코는 이번 지속가능소재포럼에서 밋업 프로그램, 고객사 제품 전시관, 참가자 전원이 참여하는 네트워킹 간담회 등을 도입해 새로운 변화를 줬습니다. 앞으로도 포스코는 어려운 글로벌 시황에도 고객사들이 실질적인 비즈니스 성과를 거둘 수 있도록 다양한 지원을 이어 나갈 예정입니다.

포스코가 고객사와 신뢰·상생 기반의 비즈니스 동반자로 거듭나
강건한 산업 생태계를 만들어 나갈 수 있도록
많은 관심과 응원 부탁드립니다.

포스코그룹 대표 사업 분야의 동향을 전문가가 직접 알기 쉽게 알려드립니다. 4편에서는 차세대 배터리로 촉망받는 ‘전고체전지’에 대한 이슈를 포스코경영연구원 박재범 수석연구원과 함께 짚어봅니다. 최근 전기차에 탑재되는 리튬이온전지의 이론적 한계를 극복할 대안으로 전고체전지가 떠오르고 있습니다. 포스코그룹도 차세대 전지 소재 시장 선점을 위해 전고체전지 풀 라인업 구축에 나섰는데요. 전고체전지를 중심으로 배터리 기술 현황과 시장의 미래를 살펴봅니다.

전지는 크게 일차전지(Primary Battery)와 이차전지(Secondary Battery)로 구분합니다. 일차전지는 한 번 사용하면 더 이상 충전이 불가능한 전지로, 건전지나 수은전지가 이에 해당합니다. 그에 비해 이차전지는 여러 번 충전해 사용할 수 있어 경제적이라는 장점이 있죠. 이차전지에도 여러 종류가 있지만 가장 흔히 사용하는 이차전지가 바로 리튬이온전지(LIB, Lithium-Ion Battery)입니다.

리튬이온전지는 다른 이차전지와 비교했을 때 수명, 충전 용이성, 방전율, 비용 등 모든 면에서 종합적으로 우수해 다양한 애플리케이션에 활용되고 있습니다. 특히 에너지 밀도*가 높아 한번 충전으로 오래 주행해야 하는 전기차나 모빌리티용으로 많이 쓰입니다.

*에너지 밀도 : 단위 무게 또는 단위 부피당 에너지의 양

그런데 현재까지 상용화된 이차전지 중 가장 완벽한 전지로 꼽히는 리튬이온전지도 에너지 밀도, 가격, 안정성 측면에서 지속적인 개선과 보완이 필요한 상황입니다. 그 이유를 알려면 우선 리튬이온전지의 작동 원리를 살펴볼 필요가 있습니다.

리튬이온전지를 이루는 핵심 요소 4가지는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막입니다. 이중 전해질은 양극과 음극 사이로 리튬 이온이 원활하게 이동할 수 있도록 돕는 중요한 매개체 역할을 하는데요. 이 전해질의 주요 성분으로 가연성 유기 용매를 포함하고 있어 고온 환경이나 외부 충격 상황에서 화재나 폭발 위험이 크다는 문제가 있습니다. 이런 문제를 해결하려면 양극재, 음극재, 전해질 등 소재의 성능을 개선하는 방법도 있겠으나 궁극적으로는 전지 타입 자체를 바꾸는 개선책이 필요합니다. 전고체전지, 리튬황전지, 나트륨이온전지 같은 포스트 리튬이온전지(Post-LIB) 또는 차세대 전지가 그 개선책으로 떠오르고 있으며, 그중 에너지 밀도와 안정성을 획기적으로 개선할 수 있는 전고체전지가 꿈의 배터리로 불리며 최근 전 세계적으로 각광받고 있습니다.

전고체전지와 리튬이온전지의 가장 큰 차이점은 전해질의 형태라고 할 수 있습니다. 전고체전지는 리튬이온전지 내 전해질을 액체가 아닌 분말 형태의 고체로 대체한 배터리인데요. 이렇게 되면 단순히 형태만 변화하는 것이 아닌, 리튬이온전지의 다른 소재도 크게 변화합니다. 리튬이온이 이동하는 과정에서 양극과 음극의 직접적인 접촉을 막는 기존의 분리막이 필요 없어지고, 고체전해질이 그 자체로 분리막 역할을 하게 되는 것이죠.

안정성 향상

전고체전지가 가진 장점은 여러 가지가 있지만 대표적으로 안정성을 꼽을 수 있겠습니다. 리튬이온전지 전해질은 가연성을 띠는 유기 용매(액체)로 이루어져 있어 양극과 음극의 접촉을 차단하는 분리막이 열로 녹아내리거나 다양한 이유로 손상되는 경우, 화재나 폭발 가능성이 크다는 위험이 따르지만, 전고체전지 고체전해질은 그 자체로도 분리막 역할을 하기에 리튬이온전지의 분리막보다 강성이 높아 양극과 음극의 접촉을 잘 차단해 줍니다. 따라서 화재나 폭발 위험을 줄여 주죠. 또, 온도 변화나 외부 충격에 따른 누액, 산화 등이 일어날 가능성이 적은데요. 이는 곧 사용 편의성이 좋고 내구성이 뛰어나 유지보수 비용도 줄일 수 있다는 말이 됩니다.

높은 에너지 밀도 구현 가능

안전성이 향상되면 배터리 외장 케이스나 냉각장치를 단순화할 수 있기에 자연스레 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있습니다. 냉각장치 등의 부품을 최소화한다면 남은 공간을 배터리 셀(Cell)로 활용할 수 있을 텐데요. 그렇게 되면 배터리 팩(Pack) 단위에서 보다 향상된 에너지 밀도를 구현할 수 있습니다. 또한 음극 소재로 사용 가능한 후보 물질 중 에너지 용량이 가장 큰 리튬을 이용해 음극재를 만든다면, 이론적으로는 기존 흑연계 음극재 대비 에너지 밀도를 10배 가까이 늘릴 수도 있는데요. 따라서 차세대 음극재 끝판왕으로 불리는 리튬메탈 음극재가 안정성 문제를 해결하고 상용화된다면 에너지 밀도를 획기적으로 개선할 수 있으리라 예상합니다.

온도 변화에 용이

전해액이 고체로 바뀌면 온도에 대한 민감도가 낮아져 더 넓은 영역대의 온도에서 작동할 수 있다는 것도 또 하나의 큰 장점입니다. 기존 리튬이온전지는 -10°C 이하의 저온에서 이온 전도도*가 크게 감소하고, 고온에서는 열폭주 가능성이 높아져 주로 -10°C~40°C 사이에서 원활하게 작동했으나, 전고체전지는 -40°C~100°C의 넓은 온도 구간에서 문제없이 작동하는데요. 이에 따라 겨울철 배터리 방전이나 고온으로 인한 화재 위험을 개선할 수 있으며 열을 식히는 냉각장치도 대폭 줄일 수 있습니다.
*이온 전도도 : 이온이 무한 희석 상태에서 당량 전기 전도도에 기여하는 정도

공정 단순화 및 원가 절감

기존 리튬이온전지는 하나의 셀 당 전극을 하나씩만 가지는 모노폴라(Monopolar, 단극성) 전극 구조이나, 전고체전지는 셀 내 여러 전극을 직렬로 연결하는 바이폴라(Bipolar, 양극성) 구조로의 전환이 가능합니다. 바이폴라 구조는 셀 안에 전극을 여러 개 적층해 전지의 전압을 높일 수 있으며 이에 따라 출력도 증가한다는 장점이 있습니다. 또, 외장재·냉각 시스템·BMS*등의 최소화로 공정을 단순화하고 공간 활용률을 높이며 원가를 절감할 수 있죠.
*BMS (Battery Management System) : 배터리의 상태를 모니터링해 최적의 조건에서 배터리를 유지, 사용할 수 있도록 제어하는 시스템

전고체전지는 리튬이온전지에 비해 장점이 많지만 단점도 존재합니다. 바로 낮은 이온 전도성인데요. 액체전해질은 이온이 자유롭게 이동할 수 있는 환경을 제공해 높은 이온 이동성을 갖지만 고체전해질은 이온이 흐르지 않고 고체 격자 사이에서 이동해 이온 전도성과 전기 화학적 성능이 떨어집니다. 이온 전도도가 떨어지면 출력 및 충전 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 이온 전도도를 높이기 위해서는 전해질과 양 극판의 접촉을 최대화하고 접촉면의 저항을 최소화해야 하는데, 여러 기업에서 이를 고려한 활발한 연구 개발을 진행해 오고 있으며 그 결과 다양한 종류의 고체전해질이 등장하게 되었습니다.

전고체전지에 쓰이는 고체전해질은 크게 유기계와 무기계로 나뉩니다. 유기계로는 고분자(Polymer, 폴리머) 전해질이 있으며 무기계로는 황화물계, 산화물계 전해질이 있습니다. 이중 전기차용으로 상용화 가능성이 가장 높으며 많은 기업들이 관심을 갖는 것이 황화물계입니다. 황화물계가 주목받는 데는 여러 가지 이유가 있겠지만 무엇보다 이온 전도도가 가장 뛰어나다는 점 때문인데요. 상대적으로 부드러운 성질로, 전극과 전해질 간의 계면*을 넓게 형성해 리튬 이온 전도도가 높죠. 황화물계 내에서도 결정구조의 유무에 따라 다양한 구조가 존재하는데 특히 LGPS(Li₁₀GeP₂S₁₂)나 아지로다이트(Argyrodite, Li₆PS₅CL)은과 게르마늄을 함유한 희귀 황화물 광물) 구조의 고체전해질은 일반적인 액체전해질의 이온 전도도(5~10mS/cm)와 유사하거나 그 이상의 이온 전도도를 구현할 수 있다고 알려져 있습니다.
*계면 : 서로 다른 물질 또는 물리적 상태의 물질이 차지하는 두 공간 영역 사이의 경계

※이온 전도도 : LGPS(Li₁₀GeP₂S₁₂) 12~25mS/cm, Argyrodite(Li₆PS₅CL) 2~12mS/cm

많은 기업이 빈틈없이 더 완벽한 전고체전지를 만들어 내고자 연구 개발에 한창인데요. 기업마다 다르겠지만 일반적으로 양극은 현재 가장 활발하게 사용 중인 삼원계 양극재*가 중심이 될 것으로 보이며, 음극은 기존에 가장 많이 쓰이던 흑연계에서 실리콘계를 거쳐 리튬메탈이 사용될 것으로 보입니다. 리튬메탈 음극재는 부피당, 무게당 에너지 밀도가 높아 배터리가 사용하는 공간을 줄일 수 있고, 경량화를 통해 전기차의 전비를 향상할 수 있다는 장점이 있어 차세대 음극재로 주목받지만, 음극 표면에 덴드라이트**가 발생해 배터리 성능과 안전성을 저해하는 요인이 되기도 하는데요. 전고체전지의 고체전해질은 강성이 높은 분리막 역할을 해 덴드라이트로 발생하는 셀 손상 문제를 방지해 주기에 전고체전지 음극 소재로 리튬메탈이 매우 적합합니다. 따라서 삼원계 양극-황화물계 고체전해질-리튬메탈 음극재가 상용화 가능성이 높은 전고체전지의 소재 구성이라고 할 수 있겠습니다.

*삼원계 양극재 : 양극재로 주로 쓰이는 리튬코발트산화물(LCO)을 기본으로 다른 원소가 더해져 총 세 가지 원소가 들어가는 양극재. 니켈-코발트-망간(NCM)과 니켈-코발트-알루미늄(NCA)으로 나뉜다.
**덴드라이트 (Dendrite) : 배터리 충·방전 시 음극 표면에 맺히는 리튬 결정

물론 기업들마다 조합하는 소재 구성이 다를 수 있습니다. 산화물계나 폴리머계 고체전해질을 준비하는 기업도 있으며, 일부 기업은 황화물계 고체전해질에 LCO 양극재(리튬코발트산화물)와 LTO 음극재(리튬티타늄산화물) 조합을 취하기도 하고, 어떤 기업은 무음극 (은-탄소 나노 복합층이 음극 역할) 방식으로 R&D를 하고 있기도 합니다.

선도 업체들은 이미 전고체전지 2027년 상용화 계획을 발표한 바 있으며, 주요 기업들도 늦어도 2030년까지는 양산하겠다는 계획입니다. 상업화 잠재력이 높다고 판단되는 황화물계 아지로다이트 고체전해질 조성 관련 원천 특허의 만료 시점이 2028년인 것도 상용화 시기에 영향을 줄 수 있을 것으로 예상됩니다.

독일 지겐대학교(University of Siegen)는 2008년 황화물계 원천 특허에 대한 PCT 특허출원을 한 바 있는데요. 이 특허가 후에 다른 기업에 이전되어 현재는 다른 기업이 권리를 보유하고 있습니다. 동 특허가 출원된 시점으로부터 20년 후인 2028년, 특허 만료 시기에 맞춰 많은 기업의 고체전해질 양산이 이루어질 가능성이 있습니다. 일부 기업들은 반고체전지(Semi Solid State Battery)를 준비하고 있기도 합니다. 반고체전지는 액체와 고체의 중간 형태인 젤(Gel) 타입의 전해질을 사용하는 것인데, 전해액과 고체전해질의 단점을 보완하고 장점은 살리기 위한 목적으로 개발 중입니다. 리튬이온전지의 기존 공정을 대부분 활용할 수 있기 때문에, 본격적인 전고체전지로의 전환에 앞서 징검다리 형태에 해당하는 기술이라고 볼 수도 있겠습니다.

낮은 이온 전도성, 높은 계면 저항 등 기술적으로 극복해야 할 이슈도 있지만, 또 다른 중요한 극복 과제로는 리튬이온전지와 유사한 수준의 양산성 및 가격 경쟁력을 확보하는 것입니다. 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn)이 주 원료인 삼원계 전구체(Precursor)에 리튬이 혼합된 양극재를 사용하는 삼원계 배터리 셀의 경우, 현재 가격이 약 140달러/kWh인데요. NCM을 이루는 핵심 요소 중 가장 원가 비중이 높은 양극재가 30~50달러/kWh로 전체 가격의 약 30%를 차지합니다. 한편 전고체전지의 고체전해질 가격은 1000달러/kWh로, 다른 소재를 제외한 고체전해질 가격만으로도 현재 리튬이온전지 가격을 크게 상회하죠. 이는 고체전해질의 핵심인 황화리튬이 1,000달러/kg 이상으로 아직 비싸며, 고체전해질, 황화리튬 모두 랩(Lab), 파일럿(Pilot) 라인에서 제조되고 있어 생산량이 증가함에 따라 평균 가격이 감소하는 규모의 경제 효과가 일어나고 있지 않기 때문입니다. 전고체전지 1Gwh를 생산하기 위해서는 대략 황화물계 고체전해질 1000톤, 황화리튬 300톤이 필요할 것으로 추정되는데 랩, 파일럿 제조 라인으로는 생산량이 턱없이 부족하죠.

그러나 희망적인 것은 게르마늄 등 희토류가 투입되는 일부 전해질을 제외하면 일반적인 고체전해질의 원재료 가격은 10달러/kg 내외라는 것입니다. 즉, 공정을 개선해 생산량을 늘린다면 시장 가격은 30달러/kWh 수준까지 하락할 수도 있다고 예상되는데요. 현재 분리막과 전해액의 가격이 약 15달러/kWh임을 감안할때, 분리막과 전해액을 대체하는 고체전해질 가격이 30달러/kWh 이하로 하락한다면 전고체전지의 장점을 고려할 때 충분히 경쟁력 있는 가격이라고 볼 수 있겠습니다. 고체전해질과 황화리튬의 가격 절감이 기술적 이슈 극복과 함께 전고체전지 대중화의 중요한 전제 조건인 셈입니다.

포스코그룹은 전고체전지용 핵심 소재인 고체전해질 사업 경쟁력을 선점하고자 디스플레이 소재·부품 전문 기업인 ㈜정관에 지분 40%를 투자해 2022년 2월 포스코JK솔리드솔루션을 합작 설립하고, 연간 24톤의 황화물계 고체전해질을 양산할 수 있는 규모의 생산 공장을 준공했습니다. 현재는 생산량을 7200톤까지 획기적으로 늘리고자 단계적인 규모 확장을 준비하고 있으며 핵심 수요사를 대상으로 전고체전지 제품 테스트를 진행 중입니다. 해외에서는 2006년 대만에서 설립된 전고체전지 제조 기업인 프롤로지움에 지분을 투자한 후 공동연구 협약을 맺고 전고체전지 소재 공급망을 확장해 나가고 있습니다. 아울러 황화물계 고체전해질의 핵심 원료인 황화리튬(Li2S) 공급망도 확보하고자 사업 방안을 다방면으로 검토하고 있습니다.

포스코그룹은 전고체전지에서 고체전해질만큼이나 중요한 리튬메탈 음극재를 양산할 수 있는 경쟁력도 갖추고 있습니다. 아르헨티나에 순도가 높고 불순물이 적은 염호를 보유하고 있어 리튬을 음극재로 쓰기 위해 필요한 순도를 높이고 불순물을 제거하는 데 유리한데요. 이는 세계적인 수준의 리튬 정제 기술력이라고 평가받고 있습니다.

리튬메탈 제조 시 전기차용에 이차전지에 적합하면서도 경제성을 확보할 수 있도록 극박, 광폭 생산공정이 필요한데요. 압연, 도금 공정에서 쌓아온 포스코의 독자적인 기술력인 롤 투 롤(Roll to Roll) 공법을 적용하면 리튬음극의 두께를 얇게 만들고 폭을 넓히는 초극박화 과정을 무리 없이 소화할 수 있습니다. 이 공법을 리튬메탈 생산 공정에 적용해 차별화된 경쟁력을 확보해 나갈 계획입니다. 현재는 전착 방식의 리튬메탈 제품에 대한 샘플 제공과 테스트도 이어 가고 있습니다.

포스코그룹은 차세대 전지의 대표 격인 전고체전지 원료와 소재 분야에서 경쟁력을 확보하고자 그동안 쌓아온 포스코그룹만의 차별화된 기술력을 집약해 풀 라인업(Full Line-up) 구축에 나섰는데요. 앞으로도 포스코그룹은 변화하는 글로벌 시장 환경에 대응해 새로운 부가가치를 창출해 나가고자 노력할 것입니다.