진행 한주엽 디일렉 대표
출연 정영운 엘피엔 대표
-오늘 어렵게 모셨습니다. 엘피엔(LPN)의 정영운 대표님 모셨습니다. 대표님 안녕하십니까. “안녕하세요.” -엘피엔(LPN)이라는 회사는 일반적으로 상장이 돼 있거나 이렇지 않기 때문에 일반 투자자들이나 이쪽 업계에 계신 분들 중에, 업계에 계신 분들은 잘 알죠. 일반인 분들은 잘 모르실 텐데. 이 재료 업계에서는 굉장히 많이 알려져 있단 말이죠. 반도체나. “그렇죠. 원래 반도체 쪽에 먼저 알려졌었죠.” -근데 이제 오늘 반도체 얘기할 건 아니고 2차 전지용 음극재에 대해서 좀 새롭게 개발했다는 내용이 있어서 저희가 소개해 드리려고 모셨습니다. 어렵게 모셨습니다. 지금 일반적으로 배터리의 4대 핵심 요소는 양극, 음극, 분리막, 전해질 이렇게 돼 있는데. 양극도 중요하지만, 음극도 되게 중요하잖아요. 배터리에서 음극이 하는 역할은 어떤 역할입니까? “결국은 양극에서 나오는 리튬이온을 수용을 해줘야 이게 이제 에너지가 저장되는 거라서 그 리튬이온을 받아주는 그런 역할을 하는 거죠.” -지금 음극재의 주요 소재는 뭐예요? “전통적으로는 천연흑연을 많이 써왔고요. 최근에 이제 IT 분야는 여전히 천연흑연이 많고 이제 중대형 전기차나 이런 쪽으로 가면서부터는 이제 인조흑연이 수명이라든지 출력에 대한 부분의 메리트가 있어서 그쪽으로 좀 바뀌어 가고 있습니다. 그래서 지금 현재 매출 전체 시장의 포션도 인조흑연이 한 60~70%.” -양이 많으니까 그렇겠네요. “천연흑연이 대략 한 30% 정도 되는 것 같습니다.” -천연흑연은 그냥 나온 걸 갖다 쓰는 거고 인조흑연은 뭔가 우리가 가공을 하는 걸 인조흑연이라고 합니까? “그렇습니다.” -어떻게 가공을 하는 거예요? “천연흑연은 우리가 이제 흑연 광산에서 흑연광을 캐서 그 안에 있는 불순물들을 제거하고 입자들을 그냥 쓸 수 없어요. 그래서 동글동글하게 가공을 합니다. 그래서 그거를 이제 우리가 구상 흑연이라고 얘기하고. 구상 흑연을 국내 유일한 음극재 회사인 포스코 같은 곳에서는 중국으로부터 동그랗게 가공돼 있는 원료를 사서 거기다가 이제 피복을 입혀서 만드는 게 천연흑연이고요.” -피복이라는 거는 어떤 거죠? “천연흑연광에서 캐서 동그랗게 만들어도 입자 표면이 굉장히 거칠 거나 그다음에 비표면적이 되게 넓어서 바인더를 엄청나게 소비하거나 이런 문제점들이 있어요. 그래서 표면 에너지를 좀 죽이기 위해서라도 이 위에 하드 카본으로 한번 코팅을 해줍니다. 그래서 그런 공정이 이제 피복 공정이라고 하고요. 그렇게까지 공정을 해서 이제 1,000°C 열처리한 다음에 포스코는 그걸 판매하는 게 이제 천연 음극재고요.” -셀 업체의 판매를 하고. “네. 인조흑연 같은 경우에는 이제 철강이나 아니면 석유계에서 나오는 콜타르를 우리가 열처리를 해서 이걸 가지고 이제 코크스를 만들죠.” -코크스를 만든다. 코크스를 우리 말로 하면? “코크스. 일단 석유계 폐기물을 약간 좀 카본을 높였다고 보시면 돼요. 그거를 이제 흑연화를 어느 정도 시킨 게 이제 침상코크스가 돼요. 그거를 3,200°C 정도에서 열처리하게 되면 그게 인조흑연이 됩니다. 그걸 그대로 판매하는 거예요.” -구체적으로 천연흑연과 인조흑연의 차이는 구체적으로 항목들이 있을 거 아닙니까? 수명이나 어떤 차이들이 있습니까? “천연흑연 같은 경우에는 이미 흑연화가 매우 잘 발달돼 있는 상태를 이제 광물로 캐는 거잖아요. 그러다 보니까 이제 공정 비용이 많이 들진 않죠. 이건 싸요.” -천연이 더 싸군요. “네 그리고 이제 내부의 흑연화돼 있는 층상 구조가 엄청 잘 발달돼 있기 때문에 이것 자체가 용량이 꽤 많이 나와요.” -용량이 많이 나옵니까? 용량이 많이 나온다는 거는 그거 기준을 어떻게 잡습니까? “실제로 카본이 6개의 리튬이온이 1개씩 들어가게 돼 있거든요.” -6개에 1개. “네 그런데 이제 천연흑연 같은 경우에는 굉장히 흑연화가 잘 발달돼 있으면 내부에 이 비어 있는 공간이 거의 없이 다 오롯이 카본으로 돼 있는 용량으로 발현하거든요. 그렇기 때문에 이런 용량이 이제 카본 6개의 리튬이 하나 잡힐 때. 우리가 계산해보면 1그램당 한 372밀리암페어(mAh)/g가 이런 용량이에요.” -1그램당 372밀리암페어(mAh)/g. “근데 실제로 사용화해보면 이제 거의 이론화가 근접해서 지금 한 360밀리암페어(mAh)/g 정도까지 나오고 있죠. 천연흑연은.” -인조흑연은요? “인조흑연은 흑연화 구조가 천연흑연하고는 좀 다르게 돼 있어요. 약간 조금 더 짧은 분절들이 이렇게 모여 있는 형태로 돼 있어서 인조흑연은 용량이 대략 한 340밀리암페어(mAh)/g 정도로 좀 작죠. 대신 이제 리튬이온이 들어가는 걸 우리가 인터칼레이션(층상구조가 있는 물질의 층간에 분자, 원자, 이온이 삽입되는 현상)이라고 하거든요. 이 인터칼레이션 되는 채널이라고 해요. 그게 천연흑연은 전체 덩어리 큰 거를 작게 만들기 때문에 이 안에 마이크로 스트럭처는 변하지 않고 다 한 방향인데. 인조흑연은 이것들을 뭉쳐서 이 안에서 흑연화가 성장하기 때문에 배양이 무작위로 되거든요. 그래서 한 번에 리튬이온이 확 들어가고 빠지는 이 채널이 인조흑연이 훨씬 많아요.” -그거는 어떤 효과를 가져옵니까? “충전을 빨리 할 수 있고요. 출력도 빨리 나오고요. 그러다 보니까 이 입자 내에 스트레스를 받는 게 훨씬 적어요. 인조흑연이. 그래서 수명 특성이 좋죠. 대신 가격이 비싸요.” -말하자면 이제 가격 비싸고 용량은 조금 더 적지만 나머지 부분에서는 인조흑연이 훨씬 더. “훨씬 좋죠.” -수명도 길고. 하여튼 더 비싼 거죠? “더 비싸죠. 인조흑연이 비쌉니다. 인조흑연이 비쌀 수밖에 없는 이유가 그거 말고도 인조흑연을 만들려면 그 밑에 따라붙어야 되는 산업들이 또 있어요. 원료가 나와야 하잖아요. 철강 산업이나 아니면 석유 쪽 산업. 그래서 이 침상코크스를 확보할 수 있는 곳만 이걸 만들 수 있어요. 그래서 일본이라든지 중국에서 이런 일들을 많이 하는 거고.” -한국에서는 그럼 인조흑연을 공급하는 업체가? “이제 시도하는 게 포스코죠.” -다른 데는 없습니까? “없습니다.” -그럼 지금 다 수입해서 쓰고 있습니까? “지금 다 수입하죠.” -일본 기업? “중국이 많죠.” -그렇군요. 근데 오늘 모신 것은 새로운 음극재가 어떤 개발 되었다 라는 걸 제가 사전에 좀 들어보니까 굉장히 획기적이어서 모셨는데. 어떤 겁니까? “천연흑연을 만드는 법을 좀 우선 설명을 좀 드려야 되는데요. 천연흑연을 만들 때 이제 광산에서 캐서 이것들을 이제 안에 있는 불순물을 제거를 하고. 아까 구형화를 한다고 그랬잖아요.” -동그랗게. “일단 분쇄를 하면 모양이 그냥 어떤 모양이 일정하게 나오지 않는 형태로 부서질 거고. 그걸 가지고 배터리를 쓰기 위해서는 동그랗게 가공을 해야 돼요. 근데 만약에 이렇게 생긴 거를 가지고 우리가 이 안에 동그란 거를 뽑아낸다 그러면 이만큼만 뽑아낼 수 있어요. 나머지는 이제 이걸 쳐내서 이렇게 동그랗게 만들어내는 건데. 이 나머지 쳐내는 이것들이 실제로 동그랗게 나오는 것보다 훨씬 더 많습니다. 그래서 동그랗게 나오는 구상 흑연의 일드가 한 35%.” -그거밖에 안 돼요? 100%면 한 65%는 버린다라는 얘기인가요? “65%는 아주 미세한 파우더로, 이거 깎아내는 이 찌꺼기로 버려지죠. 그러면 실제로 광산에서 캔다고 할 때 그 일드가 35%밖에 안 되면 자원이 굉장히 많이 버려지잖아요. 그 버려진 찌꺼기를 쓸 데가 없어요.” -그냥 버렸습니까? 기존에는? “연필심에 조금 쓰고요. 필러나 그다음에 어디 땔감용으로 좀 쓰고 이런 거로 알고 있고 나머지는 거의 쓸 데가 사실 없습니다. 그래서 저희는 버려지는 찌꺼기 그걸 가지고 인조흑연을 만드는 거예요.” -인조흑연을? 천연을 만들고 남은 찌꺼기를 갖고? “인조흑연. 우리가 흔히 아까 제가 설명한 코크스에서 나오는 이런 인조흑연이라고 얘기할 수는 없지만, 결과적으로 나오는 모양이나 성능이나 이런 것들이 인조흑연처럼 되는 거예요.” -어떻게 합니까? “그 미세 분말을 저희가 개발한 공정과 장비로 눈 뭉치듯이 이렇게 뭉쳐요.” -꾹꾹 눌러서. “눈 뭉치듯 뭉쳐놓으면 이 안에 마이크로 스트럭처들이 마치 인조흑연처럼 뭉쳐지거든요. 근데 사실은 이러한 기술을 아이디얼하게만 생각했었지 실제로 구현한 적은 없었고. 제가 알기로는 이제 강원대학교에 있는 교수님께서 시도를 좀 했었고 또 다른 랩에서도 좀 시도했었는데. 실제로 한 며칠 정도 뭉치는 일을 해도 실제 얻어지는 일드가 굉장히 낮았거든요.” -어떻게 뭉칩니까? 이 파우더를 그냥 뭉치나요? 뭘 섞어서 뭉치는 겁니까? “최종 제품에는 남지 않지만 뭔가 섞기도 하고요. 제가 구체적으로 말씀드리기는 좀 어렵고.” -그 특허 다 내놓으신 거예요? “특허는 다 냈고요. 등록도 됐습니다. 그리고 저희가 지금 뭉친다. 이 뭉친다는 거에 대한 거를 실제로 저희도 랩에서 할 때는 잘 됐지만, 어느 사이즈를 키웠을 때도 이게 될 거냐. 그거에 대해서는 좀 불안감이 있었어요.” -사이즈라는 게 동그란 구형의 사이즈를 얘기하시는 겁니까? “네. 저희가 한 2~3마이크론(㎛)짜리 이 조각들을 가지고 전체적으로 뭉치면 대략 한 입자가 한 400~500개 정도 입자가 뭉쳐서 평균 입경이 한 15~20마이크론(㎛) 사이 정도 들어오게 돼요. 그런데 저희가 이제 한 5kg 정도면 사실은 굉장히 큰 베이스거든요. 이거를 한 10분 안에 거의 일드 80%까지 만들어서 나와요.”저작권자 © 전자부품 전문 미디어 디일렉 무단전재 및 재배포 금지
