중국의 흑연 수출 통제 강화와 점점 더 강화되는 미국의 IRA 규제는 배터리 생태계에 큰 과제를 안겨주고 있다. 특히 음극재 시장에 큰 변화를 가져다 줄 것으로 전망된다. 대부분 전기차 배터리의 음극재는 흑연으로 구성돼 있는데, 흑연 시장의 대부분은 중국이 차지하고 있기 때문이다. 이런 상황에서 '조립구상 음극재’가 중국 의존도를 낮추기 위한 방법 중 하나라는 의견이 나왔다.
정영운 엘피엔 대표는 지난 5일 ⟪디일렉⟫이 주최한 ’전기차·배터리 시장 위기인가 기회인가’ 콘퍼런스에서 ‘천연·인조 흑연 장점 흡수한 조립구상 음극재 배터리’에 대해 소개했다.
정영운 대표는 이날 콘퍼런스에서 “중국업체가 주도하고 있는 음극재 시장에서 탈피해야 한다”며 “흑연계 음극재 개발이 촉구되어야 하며 엘피엔이 개발한 조립구상 흑연 음극재가 대체제가 될 수 있을 것”이라고 말했다.
현재 흑연은 배터리 업계의 화두다. 올해 12월부터 시행된 중국의 흑연 수출 통제 강화와 최근 미국이 발표한 IRA 규제에 따르면 중국 흑연으로부터 독립이 필요하기 때문이다. 미국이 발표한 전기차 배터리 IRA 대응에 따르면 배터리 부품 및 핵심광물에서 우려국의 비율이 일정 수준을 초과해서는 안 된다. 핵심광물은 2024년부터 50% 제한을 시작으로 2027년까지 매년 10% 확대될 예정이다.
정 대표는 엘피엔이 개발하는 ‘조립구상 음극재’가 중국산 흑연의 대체제가 될 수 있다고 주장했다. 그는 “조립구상은 천연 흑연 가공 중 발생하는 부산물이 원료가 되기 때문에 가격은 낮고, 용량은 천연흑연과 인조흑연의 중간쯤 된다”며 “중국 이외 지역에서 흑연을 만들 수 없다면 (조립구상 음극재가) 대안이 될 수 있을 것”이라고 말했다.
조립구상 음극재 만드는 과정. <자료=엘피엔>
천연흑연을 음극재로 만들 때 사용되는 천연흑연 비중은 40%에 그친다. 나머지 60%는 4~8µm 크기의 페미분이 된다. 조립구상 음극재는 버려지는 페미분을 16µm 크기로 동그랗게 뭉쳐 피치· 피복공정과 열처리 공정을 통해 만들어진다 수율은 80% 수준이며 소요되는 시간은 약 15분이다.
정 대표는 “조립구상 음극재는 작은 페미분 조각들을 뭉쳤기 때문에 리튬 이온이 움직일 수 있는 출입구가 많아 출력 면에서 우수하다”며 “공정을 통해 입자의 사이즈를 조절할 수 있어 출력 컨트롤이 가능하다”고 설명했다.
인조흑연에 비해 열처리 과정도 간단하다. 인조흑연은 3000도 온도에서 30일 이상 흑연화 과정을 거치지만 조립구상의 경우 처리 과정이 2400도 1시간으로 간편하다.
정 대표는 “천연흑연의 폐기물을 사용해 업사이클링이 가능하고 인조흑연 제조 대비 전력 사용량이 58%에 그쳐 가격적 측면에서도 이점이 있다”고 강조했다.
이와 관련, 음극재는 양극에서 나온 리튬 이온을 저장 및 방출해 전류가 흐르게 하는 역할을 한다. 주로 이온을 안정적으로 저장할 수 있는 흑연이 음극재 소재로 사용된다. 흑연 음극재는 천연흑연과 인조흑연 두가지로 나뉘는데, 두 시장 모두에서 중국의 시장점유율 비중이 높다.
흑연 자체는 중국, 모잠비크, 브라질 등 여러 국가에서 채굴할 수 있지만, 생산되는 96% 흑연이 중국에서 후가공(정제 및 가공)되고 있다. 가공 과정에서 많은 종류의 오염물 배출과 전력이 소요되는데 중국이 다른 국가에 비해 전기 값도 저렴하며 환경적 규제에서 비교적 자유롭기 때문이다.
디일렉=이민조 기자 [email protected] 《반도체·디스플레이·배터리·자동차전장·ICT부품 분야 전문미디어 디일렉》
