포스코퓨처엠

포스코케미칼이 인조흑연 음극재 공장을 준공하면서 국내 최초로 인조흑연 음극재 생산체제를 구축, 본격 생산을 시작했습니다.

포스코케미칼은 지난 12월 2일 포항시 동해면 블루밸리산업단지에서 인조흑연 음극재 생산공장 준공식을 가졌습니다. 해당 준공식에는 포스코케미칼 민경준 사장, 포스코 정창화 신성장부문장, RIST 유성 원장 등 포스코그룹 소재사업 관련 주요 경영진을 비롯해 이강덕 포항시장, 김병욱(포항 남구·울릉군)국회의원 등이 참석하여 자리를 빛냈습니다.

포스코케미칼의 인조흑연 음극재 공장은 서울 상암 축구장의 약 11배 규모인 78,535㎡ 부지에 2,307억 원을 투자, 2023년 종합 준공을 목표로 연산 1만 6천 톤 규모로 조성됩니다. 이번 1단계 준공에 따라 포스코케미칼은 연산 8,000톤의 인조흑연 음극재를 우선적으로 생산할 수 있게 되었습니다. 

1만 6천 톤 규모가 감이 안 잡히시죠?

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 있습니다.

이번 인조흑연 음극재 공장 준공으로 포스코케미칼은 국내에서 유일하게 이차전지 핵심 소재인 양극재와 천연흑연/인조흑연 모두를 국산화한 경쟁력 있는 기술 선도 기업으로 자리매김했습니다.

뿐만 아니라, 인조흑연의 원료인 침상코크스는 자회사 피엠씨텍을 통해 자체 생산하고 있어 원료부터 최종 생산까지 전 밸류체인을 내재화했습니다. 포스코케미칼의 이러한 소재 국산화는 이차전지 수급 안정화에 기여해 K-배터리 산업의 성장에 기여할 것으로 전망됩니다. 

음극재는 배터리 핵심소재 중 하나인데, 원료에 따라 인조흑연계와 천연흑연계로 나뉩니다.

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 있습니다. 

음극재의 생산과정을 보면, 먼저 철강 제조에 필요한 코크스 제조 시 발생하는 콜타르를 활용합니다.

포스코케미칼 자회사 피엠씨텍(PMCTECH)에서 콜타르를 가공해 인조흑연의 원료인 침상코크스로 만들고,
그 침상코크스를 아래와 같은 흑연화 공정을 거치게 되면, 배터리의 소재인 인조흑연이 완성되는 것이죠.

구체적으로 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 만들어집니다.

천연흑연은 땅속에서 탄소 성분이 오랜 시간 고온/고압 상태로 층층이 쌓인 판상형 형태를 띕니다. 판상형 사이의 틈으로 리튬 이온이 이동하면서, 전류가 흐르게 되는 것이죠.

하지만 천연흑연은 전류의 이동 경로가 양옆 두 곳 밖에 없어서, 충·방전 효율이 떨어집니다. 그리고 배터리를 계속 사용하면 층이 벌어져서 부풀게 되기도 하죠. 이게 배터리 스웰링 현상입니다.

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 있습니다.

지금까지 일본과 중국 등에서 전량 수입해왔던 인조흑연 음극재가 국산화되면서, 국내 배터리 산업의 경쟁력도 크게 높아지게 되었습니다.

앞서 말씀드린 것처럼 포스코케미칼은 인조흑연 원료인 침상코크스도 자회사 피엠씨텍을 통해 생산하면서 원료부터 공정까지 완전한 국산화를 이뤘습니다. 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 있습니다.

포스코케미칼은 하이니켈 양극재, 천연흑연 음극재에 이어 인조흑연 음극재까지 포트폴리오를 확대하며 이차전지 종합 소재사로서의 시장 지위를 더욱 강화할 수 있게 됐습니다.

코로나19 등으로 글로벌 경제 불확실성이 높아진 상황에서도, 포스코그룹 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, 2030년 연산 기준으로 양극재 42만 톤, 음극재 26만 톤까지 증설 투자를 지속적으로 확대해 글로벌 점유율을 높이고 성장을 지속해 나간다는 계획입니다.