<자막원문>
- 진행 한주엽 디일렉 대표
- 출연 이수환 디일렉 전문기자
-안녕하십니까 디일렉 한주엽입니다. 오늘 첫 번째 주제는 저희 광고입니다. 광고긴 한데. 그냥 내용만 들어도 여러분들에게 도움 될 만한 안내 내용만 들어도 도움 될 만한 내용으로 저희가 콘텐츠를 준비를 했습니다. 2022년 5월 31일 저희 디일렉 5층 콘퍼런스룸에서 「배터리 혁신을 가속화하는 마법의 가루들」 제가 마법의 가루라고 했는데 신소재 콘퍼런스로 어쨌든 이름은 좀 바꾸긴 했는데 콘퍼런스를 엽니다. 그 콘퍼런스에 대해서 설명을 하면서 우리가 배터리 재료에 첨가할 수 있는 여러 가지 첨가제. 말하자면 진짜 마법의 가루 같은 종류들에 대해서 소개를 드리려고 합니다. 이수환 기자님 안녕하십니까.
“안녕하십니까.”
-저희가 편집본으로 나가면 아젠다를 띄워드릴 텐데. 이번에 LG에너지솔루션 · 엘피엔 · LG화학 · 에스엔피 · 포스코케미칼 · 코본 · 내일테크놀로지 · 인켐스 · 베터리얼 · 아라미스. 이렇게 10개 기업들이 나와서 발표를 하기로 했잖아요. 주로 재료에 대한 겁니다. 재료에 대한 것인데 일단 기초적으로 제가 이수한 기자님에게 여쭤볼 것은 배터리는 어쨌든 재료의 조합 아닙니까?
“제가 배터리 분야를 들여다보면서 가장 어려웠던 부분이 바로 소재였습니다. 그러니까 배터리를 하시는 분들은 당연히 잘 아시겠지만, 배터리라는 게 전기화학 분야거든요. 물론 이제 반도체 디스플레이도 소재가 많이 들어가긴 하지만, 예를 들면 반도체 전문가니까 잘 아시겠지만 ‘8대 공정’이라는 게 존재하지 않습니까. 근데 그 각각의 공정을 구현하는 장비의 중요성이 매우 높아요. 근데 배터리는 그렇지가 않습니다. 장비는 생산성에 관련된 부분이고요. 가장 핵심이 되는 부분은 바로 소재입니다.”
-재료. 재료가 네 가지가 있다면서요?
“4대 소재는 물론 잘 아시겠지만, 양극재 · 음극재 · 분리막 · 전해질이 있는데. 사실 이게 전부는 아니고요. 여기서 소재라고 하면 배터리를 감싸고 있는 파우치 필름도 소재 중의 하나가 되겠죠. 그리고 전해질이 단순하게는 우리가 전해질이라고 이렇게 얘기는 하지만 그 안에 들어가 있는 여러 가지 첨가제 같은 것들도 포함이 되고 그다음에 양극재와 음극재를 각각의 어떤 집전체 그러니까 동박과 알루미늄박이죠. 거기에 붙여주기 위한 바인더들 그리고 양극재랑 음극재 자체가 전기 전도성이 없어요. 극히 떨어지기 때문에 여기에 전기 전도성을 높여주기 위한 도전재 이런 것들이 굉장히 많이 혼합이 됩니다. 그래서 사실은 배터리라고 하는 것은 어떻게 보면 굉장히 다양한 소재의 조합물이다. 이렇게 볼 수가 있겠죠.
-그래서 그 ‘마법의 가루들’이라고 저희가 제목은 붙여놨고 콘퍼런스 제목은 어쨌든 「마법의 신소재」 이렇게 했는데. 지금 결국은 이제 양극 · 음극 · 분리막 · 전해질에 뭔가 섞어 쓸 수 있는 재료에 대한 콘퍼런스를 저희가 한다는 것인데. 하나씩 나눠서 좀 여쭤볼게요. 양극재는 어떤 식으로 진화가 되고 있습니까?
“지금 양극재는 어떻게 보면 규모의 경제에 많이 들어와 있는 상황입니다. 그래서 하이니켈 같은 경우에는 몇 퍼센트 더 넣느냐 가지고 마케팅들을 굉장히 많이 하고 있는데요. 사실 이런 부분보다는 양극재 자체에 좀 더 소재적으로 파악해 보면 단결정이냐 다결정이냐 그리고 요즘 많이 소재 값이 올랐기 때문에 코발트나 니켈값도 많이 올랐잖아요. 대체할 수 있는 망간의 어떤 소재가 있는데. 망간이 니켈보다 더 싸거든요. 그래서 망간을 썼을 때 어떤 공정이나 어떤 코팅 기술을 써야 되냐. 이런 어떤 소재 기술이 더 중요하게 됐습니다. 사실 근데 이런 부분들은 그냥 우리가 양극재 하면 하이니켈이다. 하이니켈은 무조건 퍼센티지가 높으면, 함유량이 높으면 더 좋은 거다라고 알고 있지만, 소재하시는 분들 입장에서는 특히 중요한 게 표면처리기술이에요. 표면처리기술이 굉장히 중요하고 그런 일련의 것들을 저희가 이번 콘퍼런스를 통해서 자세하게 설명을 해드릴 예정입니다.”
-양극재는 배터리에서 무엇을 담당합니까?
“배터리에서 에너지를 담고 있는 역할을 하는 거죠. 일종의 양동이 역할을 하는 거고요. 양극재를 하는 일단 국내 상장 기업들이 꽤 있잖아요. 과거에 배터리 산업이 불과 몇 년 전만 하더라도 양극재에 대한 정보나 이런 것들이 그렇게 많지는 않았는데 지금 굉장히 많이 올라와 있는 상황이고요. 양극재보다 더 중요하게 된 거는 그 앞에 있는 프리커서(전구체)겠죠.”
-그렇죠.
“프리커서(전구체)를 자체적으로 설계하고 만들 수 있는 능력이 있는 회사야말로 진정하게 양극재 사업을 하는 기업이라고 말할 수 있겠습니다.”
-음극재는 어떻습니까? 음극재는 어떤 역할을 하는 재료입니까?
“외부로 방출하는 역할을 하는 건데요. 음극재 같은 경우에 잘 아시겠지만, 포스코케미칼이 국내의 거의 유일한 음극재 기업입니다. 특히 천연 흑연과 인조 흑연에 대해서는. 근데 음극재가 아무래도 흑연을 쓰다 보니까 문제가 있어요. 흑연이라는 게 탄소의 어떤 덩어리잖아요. 탄소 덩어리인데 이게 그렇게 간단한 문제가 아닙니다. 근데 이 흑연을 선택한 거는 배터리를 처음 개발할 때 가장 안정적인 구조의 물질이었기 때문이에요. 다른 형태의 물질을 쓰려고 노력을 안 했던 건 아니었는데 가격 대비 성능. 여러 가지 상황을 고려했을 때 흑연만한 재료가 없었기 때문이거든요. 근데 문제는 양극재는 우리가 하이니켈도 써보고 망간도 있고 여러 가지 코발트도 있고 알루미늄도 있고 여러 가지 소재를 많이 썼지만, 이 음극재만큼은 흑연 대체가 극히 어려운 상황입니다. 그래서 특히 음극재 같은 경우에는 배터리의 기초적인 어떤 성격을 결정해요. 그래서 ‘음극재가 다른 배터리다’ 이거는 전혀 다른 배터리라고 볼 수 있는 거죠. 예를 들면 이게 우리가 반도체 할 때 D램도 있고 P램도 있고 M램도 있고 이렇지 않습니까? 그 메모리의 어떤 성격을 바꿔주는 역할을 배터리에서는 음극재가 담당하고 있는 거죠.”
-음극재의 그러니까 그램(g)당 어느 정도 용량에?
“1그램(g)당 372밀리암페어(mAh)/g의 에너지를 담을 수 있습니다.”
-그건 고정된 값입니까?
“이론적인 값이고요. 지금 거의 극한까지 올라와 있죠. 350밀리암페어(mAh)/g에서 360밀리암페어(mAh)/g 정도까지는 이미 차 있는 상황이고 그 이상은 할 수가 없는 상황인데. 이거를 극복하기 위해서 특히 전기차 업체들이 요구하는 4대 요소가 있습니다. 첫 번째 주행거리를 늘릴 것. 두 번째 충전 속도를 빠르게 할 것. 특히 작년 하반기 때 테슬라가 논란이 많이 됐던 것 중의 하나가 공정거래위원회가 “테슬라는 과대광고다” 왜 날씨 추운 날 배터리의 성능이 급격히 저하되잖아요. 그래서 주행거리가 짧아진다. 이거는 사실 어느 전기차도 마찬가지여서 논란이 됐던 거였고. 그래서 저온에서의 어떤 성능을 안정적으로 유지해 주는 것 그리고 마지막 네 번째는 안정성입니다. 네 가지를 유지시켜줄 수 있어야 되는데. 음극재는 이 중에 고속 충전하고도 아주 밀접한 관련이 있죠. 그래서 배터리가 단순히 용량만 늘어난다고 해서 좋은 건 아니고 10분만 충전해도 주행거리를 예컨대 300km 이상으로 할 수 있다 그러면 지금의 어떤 내연기관차에 못지않은 성능을 낼 수가 있게 되겠죠.”
-그래서 이제 음극재나 양극재 쪽에는 이제 뭔가 첨가하는 도전재로 CNT(탄소나노튜브)도 되게 각광을 받고.
“양극도 똑같이 도전재가 있지만, 특히 음극 도전재가 먼저 적용돼서 상용화가 되어 있는 상용화라기보다는 적극적으로 개발이 되어 있는 상황이고요.”
-그것은 저희가 31일에 발표하는 아까 지금 말씀하신 음극재 쪽으로도 실리콘 음극재는 다시 제가 여쭤볼 텐데 지금 어쨌든 CNT(탄소나노튜브) 도전재와 관련된 기술을 갖고 있는 베터리얼이라는 회사가 나와서 발표해주실 테고 또 CNT(탄소나노튜브)는 이미 나온 지 오래된 어떤 형태의 물질이지만 BNNT(Boron Nitride Nanotubes, 질화붕소나노튜브)라는 물질도 어쨌든 음극의 첨가제로 섞으면 이온의 움직임을 빨리해서 배터리 충전 속도를 한 30% 늘릴 수 있다.
“그것도 굉장히 중요하죠.”
-이것도 뭔가 하여튼 이렇게 살짝살짝 뿌려주면 그런 효과가 있다고 하고요. 지금 그램당 372밀리암페어(mAh)/g라고 하셨는데. 여기에 또 실리콘을 섞으면 어떤 효과가 있습니까?
“실리콘을 섞게 되면 극적으로 에너지의 밀도를 높일 수가 있습니다.”
-얼마나 높일 수 있어요?
“대략적으로 이제 한 5%만 높여도 372밀리암페어(mAh)/g가 대략 해서 한 1.5배~2배 정도 가량 높아질 수 있죠. 다만 지금 현재 상용화되어 있는 배터리 중에서의 실리콘 함유량은 고작 5% 정도가 상용화가 되어 있는 상황이고요. 그걸 10%~15%, 로드맵상으로는 20%까지 있는데 여기서 여러 가지 이제 고민들이 좀 발생을 합니다. 과거에 테슬라의 배터리데이를 유심히 보신 분들은 아시겠지만 결국 테슬라가 하겠다는 게 크게 양극재는 NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄)였고요. 음극재에는 실리콘 음극재를 하겠다는 겁니다. 여기서 이제 각 기업들의 어떤 전략들이 나뉩니다. 어떤 기업들은 산화물계, 옥사이드계 실리콘 음극재를 하시는 분도 계시고 그다음에 이제 나이트라이드계, 질화 쪽의 어떤 실리콘 음극재를 한다는 분도 계시고 혹은 순수 실리콘을 한다는 분도 계시고 굉장히 다양합니다.”
-그래서 이제 스타트업 중에 에스엔피라는 회사 그리고 조금 규모가 있는 엘피엔이라는 회사에서 실리콘 음극재에 대해서 발표를 해 주실 예정이고요. 제가 아까 BNNT(Boron Nitride Nanotubes, 질화붕소나노튜브)에 대해서 제가 실수했는데. 음극에 적용되는 게 아니고 전해질에 적용된다. 전해질에 적용돼서 충전 속도를 높여준다는 식으로 제가 잘못 알고 말씀 잘못 드렸습니다. 수정 드리고요. 또 어떤 재료들이 있습니까?
“그다음에 바로 이제 첨가제 류가 좀 되겠는데요. 첨가제에는 보통은 이제 전해질에 첨가해서 쓰는 종류가 꽤 많습니다. 아까 말씀하신 내일테크놀로지 같은 경우에도 첨가제로 좀 쓸 수가 있게 되는데. 첨가제가 배터리 전체 소재에서 차지하는 비중이 고작 1% 내외에 불과해요. 그럼에도 불구하고 어떤 전극을 보호해주거나 아니면 배터리의 안정성을 극적으로 높여주거나 극단적인 예로는 약간 도핑 역할을 해주죠. 근데 이제 이런 첨가제를 거의 대부분 다 수입에 의존하고 있죠. 아직까지는 국내에서 굉장히 허들이 있는 산업이고요. 이런 것들에 대해서도 저희가 같이 설명을 그날 좀 드릴 예정입니다.”
-분리막 코팅 기술에 대해서도 발표가 준비가 되어 있고요. 또 전고체 배터리의 어떤 관련된 전해질 관련 기술에 대해서도 인켐스라는 회사에서 발표를 하겠습니다. 저희가 기존에 많이 알려져 있는 상장 기업들이 아니고 대부분 비상장 기업들이 준비하고 있는 이런 소재와 첨가제 이런 것들에 대해서 5월 31일 날 개최를 합니다. 조만간 저희가 여러 가지 정보 전해드릴 텐데. 꼭 굳이 세미나를 듣지 않으시더라도 그러한 시장 동향이나 이런 것들을 파악할 수 있게끔 보도도 드릴 테니까. 참조를 해 주시면 좋겠습니다.
