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[창립특집] K-배터리의 주역, 글로벌 톱티어를 향해!
2021.04.05
1971년 포항축로주식회사로 출발한 포스코케미칼이 창립 50주년을 맞이했습니다. 국내 최고의 내화물 전문 회사로 성장을 이어온 포스코케미칼은 생석회, 석탄화학, 탄소소재, 이차전지소재 등의 다양한 고부가가치 소재 사업에도 손을 뻗었는데요. 포스코케미칼의 최근 10년은 ‘이차전지소재사업’이라는 한 단어로 이야기할 수 있습니다. 기술과 설비 모두 전무한 상황에서 뚝심 있게 투자해 K-배터리의 주역으로 우뚝 선 포스코케미칼의 활약상을 지금부터 소개합니다!

포스코케미칼 이차전지소재사업 주요 연혁 

큰 미래를 향한 힘찬 두 걸음

포스코케미칼은 이차전지의 핵심 소재인 음·양극재와 더불어 자회사 피엠씨텍을 통해 음극재의 원료인 침상코크스를 생산하고 있습니다. 이 외에도 스마트폰, 전동공구, PC와 같은 전자·통신 기기와 전기차와 같은 모빌리티, 항공·우주·군사용 제품, ESS를 활용한 신재생 에너지 산업 등 다양한 분야에 활용하고 있지요. 현재 포스코케미칼은 음극재 시장에서 11%의 점유율로 국내 1위, 글로벌 4위의 자리를 굳건하게 지키고 있는데요. 양극재는 2020년 기준으로 시장점유율 3%를 기록했습니다. 10년이라는 짧은 시간 안에 이토록 큰 성과를 거둔 저력은 어디에서부터 온 것이었을까요?
포스코케미칼에서 생산한 음극재와 양극재, 이런 분야에 사용합니다!
이차전지소재사업의 시작은 2010년으로 거슬러 올라갑니다. 포스코케미칼은 2010년 LS엠트론으로부터 음극재 사업부인 카보닉스를 65억 원에 인수하면서 음극재 사업에 진출했습니다. 카보닉스는 1999년 설립 후 매년 적자를 면하지 못하는 상황이었던 점을 생각하면 꽤 선구적인 투자였죠.

당시 LS엠트론은 연구개발에 지속적으로 자금을 투입하는 것에 대한 부담이 큰 상황이었는데요. 실제로 2009년 24억 원의 자금을 투입했지만, 카보닉스는 매출 4억 5500만 원 영업손실 16억 6000만 원이라는 초라한 성적을 냈습니다. 그에 비해 포스코케미칼은 부채비율이 낮고, 사업 수익성 개선으로 자금 압박이 크지 않은 상황이라 음극재 시장이 활발해질 때까지 연구개발에 투자할 여력이 충분했습니다.​

게다가 음극재의 원료인 ‘콜타르(coal tar)’를 화성공장으로부터 직접 조달해 소재로 활용할 수 있어서 낮은 원가로 안정적인 생산체제를 갖출 수 있었는데요. 콜타르는 석탄을 고온건류할 때 부산물로 생기는 검은 액상물질로 점성이 매우 높습니다. 그래서 이 콜타르를 증류한 후 불순물을 제거하고 열처리 공정을 하면 바늘 모양의 고탄소 덩어리인 침상(針狀)코크스를 생산할 수 있지요. 침상코크스는 주로 반도체, 이차전지 음극재, 발광다이오드(LED), 태양전지, 자동차 배터리로 사용하는 슈퍼커패시터, 전극봉 등 첨단 에너지와 전자산업의 소재로 사용합니다.
  • ▲2011년 포스코케미칼 이차전지 음극재공장 착공식
한편, 포스코케미칼이 음극재 사업에 진출해 첫 제품을 생산하던 2012년 3월에는 양극재 사업을 맡은 포스코ESM도 새롭게 출범했습니다. 여기에는 기존 포스코케미칼 양극재구미공장을 준공한 ㈜휘닉스소재의 설비·기술력과 RIST의 연구 인력이 큰 역할을 했지요. 2012년 출범 당시에는 휘닉스소재와 50:50 합자 형태였으나, 2016년 12월 포스코가 경영권을 확보함에 따라 전기차 이차전지소재 전문 기업으로 거듭날 수 있는 토대를 마련했습니다.
  • ▲2012년 포스코ESM 법인설립 기념식
정리해보면 포스코케미칼의 카보닉스 인수와 화성공장 활용으로 음극재 생산 능력을 확보하고, 포스코ESM 출범으로 양극재까지 분야를 확장한 것인데요. 이로써 이차전지 핵심 4대 소재 중 2개 소재에 대한 생산 능력을 확보한 포스코그룹! 큰 미래를 향해 힘찬 두 걸음을 내딛은 역사적인 순간이었습니다.
PLUS TIP!
이차전지사업의 핵심, 음극재 & 양극재
이차전지 핵심 4대 소재 중 하나인 양극재와 음극재 생산이 가능해진 것은 이미 시장에서 유리한 위치를 선점한 것으로 볼 수 있는데요. 이를 이해하려면 원료 생산 공정을 살펴봐야 합니다.​

먼저 포스코에서 공급받은 제철부산물 콜타르를 포스코케미칼의 자회사 피엠씨텍(PMCTECH)이 가공해 인조흑연의 원료인 침상코크스로 만듭니다. 그리고 그 침상코크스가 흑연화 공정을 거치면 배터리의 소재인 인조흑연이 되고, 침상코크스를 적정한 사이즈로 갈아낸 후 원하는 상태로 뭉쳐내면 음극재의 기본적인 틀을 갖추죠. 이 탄소 덩어리를 3000℃ 이상의 고온에서 가열하면 비로소 전기차 배터리에 사용되는 인조흑연 음극재가 탄생합니다.
  • 출처 - 포스코뉴스룸
국산화 넘어 글로벌 1위 넘보는 음극재

사업 인수로 음극재 사업에 진출한 포스코케미칼. 2011년 5월 세종1공장 1호기 착공을 시작으로 본격적인 사업 확대에 나서면서 음극재 생산이 전무했던 국내 시장에 한 획을 긋습니다. 곧이어 2012년 3월에는 음극재 신제품을 출시해 IT기기·전동공구용으로 판매했고, 12월에는 고용량 전기자동차 배터리용 음극재 양산에 돌입했습니다. 독자기술을 적용해 개발한 이 배터리는 고속 충전과 방전(출력)이 가능하고 수명도 기존 제품보다 길어져 시장의 주목을 받았지요. 이후 2013년 6월 생산 설비 3000톤 증설과 함께 사업에 전력을 다한 결과, 2021년 3월 현재는 4만 4000톤의 생산 체제를 구축해냈습니다.

더불어 전기차 시대에 본격적으로 수요가 증가하고 있는 연 음극재 사업에도 진출했는데요. 기존에는 국내에서 인조흑연 음극재 생산 체제가 제대로 구축되지 않아 기업들은 전량을 수입에 의존해야 했었죠. 국내 최초로 음극재를 개발해 생산을 시작한 포스코케미칼도 사업 초기에는 중국에서 수입한 천연흑연 음극재를 사용한 적이 있습니다. 그러나 포스코케미칼은 2023년 인조흑연 음극재공장을 완공해 원료부터 공정까지 완벽한 국산화와 수직계열화를 이룰 예정입니다. 이 공장은 포항시 블루밸리 국가산업단지 내 서울 상암축구장의 약 11배 규모인 7만 8535㎡ 부지에 2189억 원을 투자해 연간 1만 6000톤의 규모로 조성한다고요.
PLUS TIP!
천연흑연 VS. 인조흑연
음극재는 원료에 따라 인조흑연계와 천연흑연계로 나뉘는데요. 현재 포스코케미칼은 천연흑연 음극재를 주력 생산하고 있습니다. ‘흑연(Graphite)’은 음극재의 원재료 중 하나입니다. 흑연에는 천연흑연과 인조흑연, 하드카본, 소프트카본 등이 있는데요. 그중 전지의 성능을 구현하는 데에 효과적이고 가격도 저렴한 천연·인조 흑연을 주로 사용합니다.
  • 출처 - 포스코뉴스룸
천연흑연과 인조흑연 중에서는 인조흑연의 선호도가 더 높은데요. 천연흑연은 땅속에서 탄소 성분이 오랜 시간 고온·고압 상태로 층층이 쌓인 판상형 형태를 띱니다. 판상형 사이의 틈으로 리튬 이온이 이동하면서 전류가 흐르는 것이죠. 하지만 천연흑연은 전류의 이동경로가 양옆 두 곳 밖에 없어서 충·방전 효율이 떨어지고, 배터리를 계속 사용하면 층이 벌어져서 부푸는 ‘스웰링 현상’이 일어나기도 합니다. 하지만 인조흑연은 리튬 이온의 이동 경로가 많아서 효율이 높아 급속충전에 유리하고, 안정적인 등방형 구조이기 때문에 스웰링이 적고 배터리 수명을 늘릴 수 있어요. 시장 규모도 천연흑연 음극재보다 인조흑연 음극재가 더 큽니다. 2019년 시장조사업체 야노경제리서치의 분석에 따르면, 2016년부터 2020년까지 인조흑연 음극재의 연평균 성장률은 24%로, 15.6%를 기록한 천연흑연 음극재를 앞설 것으로 전망했습니다.
  • ▲2020년 포항 인조흑연 음극재공장 착공식
여기에 자회사인 피엠씨텍이 생산한 프리미엄 침상코크스를 원료로 활용하면 사업 밸류체인을 고도화하고 수익성을 크게 높일 것으로 기대하고 있는데요. 프리미엄 침상코크스는 순도가 높은 침상코크스를 뜻합니다. 이를 통해 극소수의 글로벌 화학기업들이 독점해 온 고부가가치 탄소소재의 원료 시장 진입이 가능해졌지요.

피엠씨텍의 침상코크스를 안정적으로 공급받으면 향후 폭발적으로 성장하는 전기차 시장에 원활한 음극재 공급이 이뤄질 것으로 예상합니다. 원료의 원활한 공급은 전기차 시장에서 매우 중요한 이슈인데요. 이차전지 배터리 생산에서 30~40%의 비중을 차지하는 양극재의 경우, 작년 유럽의 메인 자동차 회사 재규어, 아우디 등이 양극재 부족으로 배터리 공급을 받지 못해 전기차 생산을 일시 중단하기도 했습니다. 음극재공장은 시장 상황에 따라 단계적으로 생산 능력을 확장해 원료 부족으로 인한 불상사를 최대한 방지할 예정입니다.

음극재공장증설현황 

  • ▲음극재 세종2공장 내부 전경

담당자 인터뷰

음극재 국산화 성공,

이제 세계 1위를 바라봅니다

2010년 당시에는 음극재 국내 생산은 전무한 상태였어요. 소명감을 가지고 음극재 사업에 도전하고 굳은 의지로 투자를 감내해 왔지요. 10년 만에 세계 시장 11%를 점유한 지금은 국내 배터리 산업의 경쟁력 확보에 일조했다는 자부심을 느끼고 있어요. 지난 10년은 국내 유일의 흑연계 음극재 생산 회사로서 기반을 가져왔으니, 앞으로 10년은 세계 1위 음극재 회사로 도약할 일만 남았습니다 이헌영 음극재연구그룹장

용량은 크게, 성능은 안전하게! 하이니켈 양극재 최강자를 꿈꾸며

2012년 3월 설립한 포스코ESM은 양극재 사업분야에서는 후발주자에 속하는데요. 진출은 늦은 편이지만 오히려 사업 초기부터 니켈 함량이 80%가 넘는 하이니켈 NCM 양극재 시장에 도전하는 계기를 마련했습니다.
  • 출처 - 포스코 뉴스룸
NCM 양극재는 원료인 니켈, 코발트, 망간을 6:2:2의 비율로 구성한 배터리 소재인데요. 니켈의 비중이 높을수록 배터리 효율이 높아져서 주로 전기차 배터리에 사용합니다. 전기차 주행거리를 향상시키려면 배터리 용량을 높여야 하는데, 이를 위해 양극재는 니켈 함량을 높여야 하죠. 그러나 니켈 함량이 일정 수준 이상으로 높아지면 소재의 안전성이 떨어지는데요. 이에 포스코케미칼은 최근 NCM양극재에 알루미늄(Al)을 첨가한 차세대 소재인 NCMA 양극재를 개발해 대용량과 안전성을 동시에 구현하고 있습니다. 고성능 전동공구용 NCMA를 먼저 개발하기 시작해 현재 상업 생산을 완료했고 전기차용 제품도 상용화 단계에 들어섰답니다.
  • ▲EV용 ‘N65’ 출하 기념 행사
  • ▲양극재 광양공장 전경
포스코케미칼은 다품종 소량생산 체제의 구미공장을 2018년 9월 완성하고, 하이니켈 제품을 중심으로 양극재 광양공장을 확장하고 있습니다. 광양공장은 2019년 7월 1단계 증설공사 준공 이후 2단계 공사를 통해 누적 4만 톤 생산체제를 구축하고, 현재 3단계 공사를 진행하면서 2023년 연 10만 톤 생산체제 구축을 앞두고 있습니다.

양극재공장증설현황 

  • ▲ 양극재 광양공장 내부 전경

담당자 인터뷰 

양극재 사업의 최고의 경쟁력을 갖춘,

글로벌 톱티어로 도약해 나가겠습니다!

양극재는 이차전지의 용량을 좌우하는 가장 중요한 소재입니다. 포스코케미칼은 양극재와 음극재 생산뿐만 아니라 리튬, 니켈 등의 원료와 자력엔지니어링 기술까지 확보한 덕에 종합 제조 역량이 뛰어납니다. 이런 탄탄한 역량을 기반으로 이차전지소재분야 글로벌 톱티어로 도약해 나가고자 합니다. 김정한 양극재연구그룹장

10년의 투자, 달콤한 결실로 돌아오다.

10년간의 집중 투자는 달콤한 결실로 돌아왔는데요. 안정적인 체제 안에서 충분한 원료 생산이 가능해졌습니다. 2020년 말을 기준으로 음극재는 4만 4000톤, 양극재는 4만 톤 을 생산할 수 있습니다. 이는 곧 50kwh급 전기차 배터리 99만대(음극재)에, 60Kwh급 전기차 배터리 약 44만대(양극재)에 사용할 수 있는 양이지요.

또한 포스코케미칼은 2019년에 전기차용 NCM 양극재를 LG에너지솔루션에 초고 출하했는데요. 곧이어 전기차용 초고출력 음극재 신제품을 SK이노베이션으로 판매하면서 삼성SDI를 포함한 국내 3대 전지 제조회사에 모두 이차전지 소재를 공급하는 실적을 이뤄냈습니다.

2020년 1월에는 LG화학과 1조 8533억 원에 이르는 초대형 하이니켈계 양극재 공급 계약을 세웠는데요. 대규모 수주로 시장점유율을 크게 높이면서 글로벌 시장으로 진출할 수 있는 기반을 마련했습니다. 그리고 2020년 12월, 미국 ‘얼티엄셀즈(Ultium Cells LLC; GM과 LG에너지솔루션이 설립한 전기차 배터리셀 합작사)’의 양극재 공급사로 선정되는 영예를 안습니다.

 

2030 글로벌 톱티어를 향해

포스코케미칼은 이에 안주하지 않고, 2030년까지 새로운 목표를 세웠는데요. 양극재 40만 톤, 음극재 25만 톤의 생산 체제를 구축해 2030년 에너지소재사업에서 매출 23조 원, 글로벌 점유율 20% 달성을 목표로 삼고 있습니다.

  • 출처 - 포스코뉴스룸
이차전지소재 사업을 그룹의 신성장 핵심사업으로 육성 중인 포스코그룹은 리튬, 니켈, 흑연 등의 원료부터 양극재·음극재로 이어지는 밸류체인을 강화하고 투자를 지속적으로 확대할 예정인데요. 이를 위해 포스코그룹은 2021년 1월, 1조 2700억이라는 창사 이후 최대 규모의 유상증자를 단행하면서 미래 성장의 기반을 다질 것입니다.

포스코케미칼이 써 내려갈 역사는 이제부터 시작입니다.

생산 공정 국산화를 넘어 K-배터리를 든든하게 뒷받침하고,

글로벌 톱티어로 도약해 나가는 포스코케미칼의 멋진 활약을 기대해 주세요!