지난해 실적 죽을 쑨 포스코홀딩스가 실리콘 음극재 생산설비에 거액을 투자하기로 결정에 이목이 쏠리고 있다. 실리콘 음극재는 흑연계 음극재에 비해 10배 높은 용량으로 주행거리 향상과 급속 충전 설계가 용이한 소재로 주목받고 있다. 배터리 제품보다 핵심 소재에서 생기는 부가가치가 더 크다는 점을 감안하면 소재 국산화가 시급한 시점이다. 포스코그룹은 포스코케미칼을 통해 천연 흑연, 인조흑연 등 음극재를 생산하고 있는데 실리콘 음극재를 양산한다면 음극재 포토폴리오를 완성한다.포스코그룹은 2030년까지 연산 2만5000t의 실리콘 음극재 생산체제를 목표로 하고 있다.
포스코그룹 지주회사인 포스코홀딩스는 지난 27일 실리콘음극재 생산기술을 보유한 자회사 포스코실리콘솔루션에 591억 원을 출자를 결정했다고 밝혔다. 이에 따라 포스코실리콘솔루션은 오는 6월 경북 포항 영일만 산업단지에 연산 450t 규모의 실리콘 음극재 1단계 생산설비 착공에 들어가 오는 2024년 상반기 준공할 예정이다.
실리콘음극재는 현재 전기차용 이차전지 리튬 이온전지에 대부분 사용되고 있는 흑연 음극재보다 에너지 밀도를 높일 수 있어 전기차 주행거리 향상은 물론 충전시간도 단축시킬 수 있게 하는 차세대 음극재로 평가받고 있다. 실리콘 음극재는 기존 흑연계 음극재보다 에너지밀도가 약 10배 높아 전기차의 주행 거리는 늘리고, 급속 충전 설계가 쉬워 충전 속도를 단축할 수 있다는 장점이 있다. 게다가 실리콘은 친환경적이고 지구상에 풍부하게 존재해 경제적인 소재다.
이 같은 장점에도 실리콘 음극재는 배터리 충전 시 4배가량 팽창하는 문제와 팽창한 음극이 방전할 때 이전과 같은 형태로 돌아오지 않는다는 위험성이 있다는 게 흠이다. 배터리 업계는 실리콘 구조 안정화를 위한 연구 개발을 하고 있으며, 배터리의 부피 팽창 부작용을 어떻게 빨리 개선하느냐가 시장 주도권을 확보할 수 있는 포인트가 될 것으로 보고 있다.포스코실리콘솔루션은 '코어 쉘' 구조로 실리콘의 부피 팽창 문제를 해결한 것으로 알려졌다. 즉 흑연을 가공한 그래핀이 실리콘을 껍질처럼 감싸도록 해 문제를 해결했다.
시장조사업체 SNE리서치에 따르면, 2019년 기준 전체 음극활물질 수요량은 약 19만t에서 2025년까지 약 136만t으로 연평균 39% 성장할 것으로 전망됐다. 가장 높은 비중을 차지하는 인조흑연은 2019년 53%에서 2025년 60%로 소폭 증가할 것으로 보인다. 두 번째로 높은 비중을 차지하는 천연흑연은 43%에서 28%로 비중이 다소 감소한다. 실리콘음극재 시장규모는 오는 2030년까지 해마다 34% 성장할 것으로 예상됐다.
현재 5% 미만인 실리콘 음극재 함량도 2025년에는 10% 이상, 2030년에는 25% 이상으로 확대될 것으로 포스코홀딩스는 전망했다.
전기자동차와 에너지 저장산업 성장에 따라 음극재 수요가 계속 늘어나고 있지만 중국이 세계 대부분의 흑연 매장량을 갖고 있고 생산과 공급을 점유해 전 세계 음극재 시장 72%를 차지하고 있다. 중국의 주요 음극재 생산 기업은 베이터뤼(BTR), 즈천과기(Zichen), 산산과기(Shanshan) 등이 있다. 일본 기업으로는 히타치(Hitachi)와 미쓰비시(Mitsubishi)가 있고, 우리나라는 현재 포스코케미칼이 국내 유일하게 천연흑연 기반 음극재를 양산공급하고 있다.
포스코케미칼은 흑연 공급망을 확보해 음극소재 국산화와 배터리 산업 경쟁력 강화에 힘쓰고 있다. 국내 최초로 인조흑연 음극재 생산체제를 구축하기 위해 포항 블루밸리산업단지에 2300억 원을 투자해 연산 8000t 규모 인조흑연 음극재 1단계 공장을 지난해 12월2일 준공했다. 이는 60kWh 기준 전기차 약 21만대에 공급할 수 있는 양이다.포스코케미칼은 올해까지 연산 1만 6000t 규모 인조흑연 음극재 생산 능력을 갖출 계획인데 이는 고성능 전기차 기준 약 42만 대에 공급 가능한 양이다.인조흑연의 원료인 침상코크스는 자회사 피엠씨텍을 통해 자체 생산한다.인조흑연도 원료부터 최종 소재 생산까지 전 밸류체인을 내재화했다.
이처럼 세계 최초로 이차전지소재 가치사슬을 완전히 구축한 포스코그룹은 음극재 사업다각화를 목표로 차세대 실리콘음극재 사업 추진을 위해 지난해 7월 실리콘음극재 개발업체인 테라테크노스를 인수하고 '포스코실리콘솔루션'으로 회사 이름을 바꿨다. 이와 함께 포스코홀딩스 미래연구원, RIST의 기술역량과 포스코케미칼의 생산 노하우를 결집하는 등 그룹사 역량을 총동원해 발빠르게 생산설비 투자 준비에 들어갔다.
포스코실리콘솔루션의 경쟁력은 실리콘 음극재 연속생산 기술을 통해 다른 업체와 견줘 높은 생산성을 가졌다는 점이다. 특히 배터리회사 샘플테스트를 통해 용량과 팽창율 등 기본 특성에서 다른 회사 대비 동등이상의 특성을 나타낸다는 평가를 받았다.
포스코그룹 관계자는 "이번 실리콘 음극재 생산설비 투자가 완료되면 천연흑연, 인조흑연, 실리콘 음극재 까지 음극재 분야에서 모든 포트폴리오를 완성하는 풀 라인업을 갖추고 향후 이차전지 소재분야에서 글로벌 경쟁력을 보유할 수 있게 된다"고 자평했다.
이 관계자는 "포스코는 리튬, 니켈 원료사업 확장을 통해 기존 양극재, 음극재 시장에서의 경쟁력을 강화하는 한편, 실리콘 음극재, 고체전해질, 리튬메탈 등 다양한 차세대 친환경소재에도 지속 투자해 향후 차세대 배터리 소재 영역에서 경쟁력을 계속 강화할 것"이라고 밝혔다.
박준환 기자 naulboo@gmail.com
