[테크코리아 2022]김정한 포스코케미칼 양극재연구그룹장 “차세대 양극재 전부 대응해야"

표1. 전기차(아이오닉 5) 부문별 수치

“전기차용 차세대 양극재로는 코발트 프리나 망간리치, 단입자가 주목받고 이를 개발하는 능력을 갖추는 것이 관건이다.”

김정한 포스코케미칼 양극재연구그룹장은 20일 테크코리아 2022에서 '전기차(EV)용 양극재 기술 전개 방향과 폐배터리 리사이클링을 통한 니켈 원료 공급방안'을 주제로 발표했다.

김 그룹장은 차세대 양극재는 에너지 밀도와 안정성, 가격 한계 등을 극복하는데 초점이 맞춰질 것으로 예상했다. 이를 토대로 코발트 프리(NMX)와 망간리치(LLO) 양극재, 단입자가 대두될 것으로 전망했다. 코발트 프리는 코발트 없이 니켈과 망간으로 구성해 가격 경쟁력이 있으면서도 용량, 밀도 등도 우수하다. 망간리치는 니켈과 코발트 비중을 낮추는 대신 니켈 대비 매장량이 10배 이상 많은 망간 비중을 높여 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. 단입자는 니켈, 코발트, 망간 등 원료를 하나의 입자 구조로 결합해 강도와 열 안정성을 높이고 수명을 늘린다. 포스코케미칼의 경우 완성차 업체와 배터리사 요구에 맞춰 다양한 하이니켈 단입자 양극재를 개발, 양산을 추진하고 있다. 현재는 니켈 함량 90% 수준 제품을 개발했다.

김 그룹장은 “오는 2025년 이후에는 NCM622 대비 NMX와 LLO 원가가 각각 20%, 40% 저감될 것으로 예상된다”면서 “원재료 가격 변동에 따라 NMX와 LLO 재료비 경쟁력은 높아질 것”이라고 설명했다. 이어 “시나리오대로 보면 리튬 등 특정 재료들이 고점을 유지할 것으로 예상된다”면서 “결국 소재사들은 과거처럼 하이니켈 NCM에 올인하는 것이 아니라 NMX나 LLO 등에 대한 동시 개발 능력을 갖추고 대응해야 한다”고 덧붙였다.

김 그룹장은 양극재 성능 개선을 위해서는 입자 강도 문제를 해소해야 한다고 내다봤다. 양극재 입자간 크랙(균열)이 발생하지 않도로 기공 구조를 최적화해야 한다는 것이다. 특히 주행 거리와 수명을 극대화하기 위해서는 궁극에는 소입경을 단입자로 대체하는 것을 넘어서 중입경을 단입자화하는 것이 중요하다고 분석했다.

그는 “단입자 사이즈를 7~8㎛까지 키우게 되면 단입자 하나만 가지고 전극밀도와 수명을 개선하는 효과가 있다”면서 “현재는 개발 초기 상태”라고 말했다. 이어 “중입경 단입자 개발을 위해서는 단입자 사이즈를 키우기 위해 온도를 높이는 데서 불거지는 문제를 해소하고 입자를 제어하는 기법과 전구체를 통해 제어하는 방법 등이 필요하다”고 말했다.

김 그룹장은 포스코그룹이 추진 중인 니켈 사업에 대해서는 2030년까지 니켈 광석 기반 연산 11만톤, 리사이클링 기반 3만톤, 니켈 보유사와 합작으로 8만톤 등을 확보할 계획이라고 밝혔다.

류태웅기자 bigheroryu@etnews.com