스마트폰, 태블릿, 노트북을 넘어 전기차·ESS·로보틱스까지 폭발적으로 성장하는 배터리 수요 속에서 핵심 경쟁력은 ‘소재’에 있습니다. 배터리의 성능과 수명을 좌우하는 양극재와 음극재는 각 제품의 특성에 따라 정밀하게 설계되어야 하며, 이는 포스코퓨처엠의 차별화된 기술력에서 출발합니다.
오늘은 포스코퓨처엠이 개발, 생산하고 있는 다양한 배터리 소재들과 포스코퓨처엠만의 기술력을 하나로 모아 간략하게 핵심만 알려드리겠습니다. 포스코퓨처엠 배터리 소재 베이직 지금 시작합니다!
양극재는 배터리 원가의 약 40%를 차지하며, 배터리의 성능을 결정하는 핵심 소재입니다. 양극재는 니켈(Ni)·코발트(Co)·망간(Mn)·알루미늄(Al)·인산철(FePO₄)과 같은 금속 성분과 리튬의 조합으로 만들어지는데, 사용하는 금속과 그 비율에 따라 배터리의 용량, 에너지밀도, 안정성, 수명, 가격경쟁력이 결정됩니다.
포스코퓨처엠이 개발, 생산하고 있는 대표적인 양극재로는 NCM, NCMA, NCA, LFP 등이 있는데요. 각각의 특징을 소개해드리겠습니다.
NCM – 양극재의 대표주자
NCM 양극재는 니켈(Ni)·코발트(Co)·망간(Mn)으로 구성된 가장 대중적으로 사용되는 삼원계 양극재입니다.
NCM 양극재는 에너지 밀도가 높아 전기차의 주행거리를 늘리기에 유리하며, 세 가지 원소의 구성 비율을 조정해 6:2:2, 8:1:1, 9:0.5:0.5 등 용도에 맞는 성능 최적화가 가능합니다. 최근 포스코퓨처엠은 ‘고전압 미드니켈 양극재’의 개발을 완료하고 국내외 완성차 및 배터리사 등 고객사 요청 시 적기에 생산·공급할 수 있도록 양산 기술을 확보하고 있는데요.
고전압 미드니켈 양극재는 스탠다드 전기차 시장을 겨냥해 값비싼 니켈*의 함량 비율을 60% 내외로 낮추고, 이에 따른 에너지밀도 저하 문제를 고전압을 통해 해결해, 고출력과 안정성을 동시에 잡은 차세대 배터리 소재입니다.
*니켈의 함량을 높일수록 출력과 주행거리가 증가하나 안정성이 낮아지고, 가격이 비싼 특징이 있음.
NCMA – 프리미엄 EV의 심장
NCMA 양극재는 NCM에 알루미늄(Al)을 추가해 열·화학적 안정성을 향상시킨 소재로, 수명과 안정성을 확보하고 급속 충전 성능도 향상시킨 양극재입니다. 이러한 고성능 특성을 바탕으로 주로 ‘하이니켈*’로 불리는 배터리의 양극재로 사용되며 프리미엄급 전기차 배터리의 소재로 사용되고 있습니다.
*하이니켈 : 니켈의 함량이 80% 이상인 양극재(혹은 배터리)를 의미. 니켈 함량이 높을수록 배터리가 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있게 되어 전기차의 주행 거리가 획기적으로 늘어남.
포스코퓨처엠은 현재 니켈 함량 90% 수준의 하이니켈 NCMA 양극재를 양산해 글로벌 완성차, 배터리 업체에 공급하고 있습니다. 특히, 포스코퓨처엠은 입자 간의 결합력을 높여 균열을 방지하는 ‘단결정 양극재’ 기술을 적용해, 배터리의 안정성과 수명을 대폭 늘리는 데 성공했습니다. 최근에는 니켈 함량을 95%까지 올려 출력과 주행거리를 극대화한 ‘울트라 하이니켈’ 양극재의 개발을 마치고 양산 기술을 확보하고 있습니다.
NCA – 고출력·고밀도의 스피드머신
NCA 양극재는 기존 NCM에서 망간(Mn) 대신 알루미늄(Al)을 사용해 구조적인 안정성을 확보하고, 고출력·고에너지 밀도를 지향하는 소재입니다. 덕분에 단위 무게당 용량을 최고 수준으로 끌어올릴 수 있고, 고출력 특성으로 주로 고성능 전기차나 전동공구 배터리에 사용됩니다. 포스코퓨처엠은 지난 2024년 포항에서 3만톤 규모의 NCA 양극재 공장의 본격 출하를 시작으로 광양에도 연산 5만2500톤의 NCA 양극재 전용 공장을 건설해 총 8만2500톤의 NCA 양극재 생산체제를 갖출 예정입니다.
LFP – 안전·수명의 절대강자
LFP 양극재는 삼원계 배터리에 비해 출력은 낮지만 그만큼 열·화학적 안정성이 높고 긴 수명과 저렴한 가격이 특징인 소재로, 주로 엔트리급 전기차와 ESS 등 다양한 분야에서 활용도가 높아지고 있습니다.
최근 북미 시장에서 ESS용 LFP배터리 수요가 급증함에 따라 포스코퓨처엠은 피노(FINO)와 합작해 포항에 연산 최대 5만톤 규모의 LFP 양극재 공장을 건설하고, 2027년 양산을 목표로 하고 있습니다. 이뿐만 아니라 LFP 시장 조기진입을 위해 기존 포항 양극재 공장 삼원계 양극재 생산라인 일부를 LFP 양극재 생산라인으로 개조해 올해 말부터 공급을 개시할 예정입니다.
음극재는 배터리 원가의 약 14% 비중을 차지하며, 리튬이온을 저장했다 방출하면서 전류를 흐르게 하는 역할을 수행하는 소재입니다. 현재 시장에 상용화된 음극재는 크게 흑연계와 실리콘계 음극재로 나뉘는데요. 포스코퓨처엠이 개발, 생산하고 있는 음극재 제품과 각각의 특징을 소개해 드리겠습니다.
천연흑연 음극재 – 음극재의 베스트셀러
천연흑연 음극재는 가장 널리 쓰이는 표준형 소재로, 지구상에 풍부하게 존재하는 흑연을 원료로 높은 가격 경쟁력과 안정적인 공급이 가능할 뿐만 아니라, 준수한 에너지 밀도와 수명을 가진 가장 범용성이 높은 소재입니다. 포스코퓨처엠은 국내 유일 흑연계 음극재 생산 기업으로서 2010년 천연흑연 음극재 국산화에 성공 후 현재 글로벌 고객사들에게 천연흑연 음극재를 활발히 공급하고 있습니다.
인조흑연 음극재 – 정밀하게 빚은 출력의 장인
인조흑연 음극재는 코크스를 원료로 3,000°C 이상의 고온 열처리를 통해 만들어지는데요. 안정성과 수명, 급속충전 성능이 천연흑연 음극재에 비해 우수해 글로벌 음극재 시장에서 약 70%의 점유율을 차지하고 있습니다. 포스코퓨처엠은 천연흑연 음극재에 이어 국내 최초 인조흑연 음극재 개발에 성공해 포항에 연산 8천톤 규모의 인조흑연 음극재 공장을 보유하고 있습니다. 또한, 인조흑연 음극재의 원료인 침상코크스는 자회사 포스코MC머티리얼즈가 자체 생산하고 있어 원료부터 소재까지의 공급망을 내재화 해 안정적인 생산·공급이 가능하죠.
저팽창 천연흑연 음극재 – 팽창을 억제한 장수명 파수꾼
저팽창 천연흑연 음극재는 기존 천연흑연 음극재의 소재 구조를 개선해 팽창률을 25%, 급속 충전 성능을 15% 향상시키면서도 팽창을 줄여 배터리 안정성과 수명을 높인 소재입니다. 또한, 인조흑연 대비 제조 원가는 낮춰 천연·인조흑연 음극재의 장점을 결합한 소재라고 할 수 있죠. 저팽창 천연흑연 음극재는 포스코퓨처엠이 독자개발한 소재로, 제품의 우수성을 인정받아 글로벌 공급사에 활발히 공급하고 있습니다.
실리콘 음극재 – 음극재의 게임체인저
실리콘 음극재는 기존의 흑연계 음극재 대비 10배 높은 용량과 고출력 성능을 가지고 있어 동일 면적대비 배터리 용량을 혁신적으로 늘릴 수 있는 차세대 소재입니다. 특히, 커피 한 잔 마시는 짧은 시간에 충전을 완료하는 초급속 충전 시대를 여는 열쇠로써 주목받고 있는데요. 아직까지는 수명과 부피팽창 등의 이유로 흑연계 음극재에 4~5% 정도 첨가하는 수준으로 사용이 되고 있지만, 최근에는 성능 강화를 위한 기술적 노력이 지속되고 있어 머지 않아 완전한 상용화가 기대되고 있습니다.
포스코퓨처엠은 포스코홀딩스 미래기술연구원, RIST와 함께 그룹의 연구 역량을 결집해 실리콘-탄소복합체(Si-C), SiOx(실리콘산화물) 등 실리콘 음극재 사업화를 추진 중에 있습니다.
포스코퓨처엠은 NCM, NCMA, LFP 등 다양한 양극재부터 흑연계, 실리콘계 음극재까지 배터리 핵심 소재 전반을 포괄하는 제품 포트폴리오를 갖추고 있으며, 고객의 다양한 니즈에 유연하게 대응하며 시장 경쟁 우위를 강화하고 있습니다.
최근에는 미국의 전고체 배터리 기업 팩토리얼 에너지와 전고체 배터리 기술개발 MOU를 체결하고, 전고체 배터리용 양극재, 실리콘 음극재 등의 연구개발을 추진하는 등 차세대 소재개발에도 박차를 가하고 있는데요. 또한, 포스코그룹의 역량을 바탕으로 리튬, 니켈 등 광물 채굴부터 전구체, 양·음극재 생산, 그리고 폐배터리 리사이클링까지 이어지는 공급망을 완성했습니다. 이는 글로벌 공급망 이슈 속에서도 흔들림 없이 소재를 공급할 수 있는 강력한 원동력입니다. 안정적인 공급망과 기술력을 바탕으로 글로벌 배터리 시장을 선도해 나갈 포스코퓨처엠의 미래를 지켜봐주세요!
※ 이 콘텐츠는 포스코퓨처엠 스토리 기사를 토대로 제작되었습니다.