자동차산업이 역사적인 전환기를 맞이하고 있다.
파리기후협정이 성립된 이후 세계적으로 저탄소화·탈산소화 흐름이 가속화됨에 따라 자동차 생산기업들이 전기자동차(EV), 플러그인하이브리드자동차(PHV) 등 전지를 동력원으로 삼는 xEV로 전환하는 대책을 강화하고 있기 때문이다.
특히, 유럽은 각국 정부가 잇따라 내연기관 자동차 판매를 금지하기로 결정함으로써 xEV 전환이 더욱 가속화될 것으로 예상되고 있다.
차세대 자동차는 LiB(Lithium-ion Battery)에 따라 성능이 좌우되기 때문에 LiB 생산기업은 물론 소재를 공급하는 화학기업의 기술력에 관심이 모아지고 있다.

환경규제 강화로 xEV 보급 가속화
자동차기업들은 유럽을 중심으로 전동화 전략을 강화하고 있다.
엔진효율 개선, 차체 경량화만으로는 환경규제 대응에 한계가 있기 때문으로, 폭스바겐(Volkswagen)은 2025년까지 xEV 모델을 30개 이상 투입하고 다임러(Daimler) 역시 2025년까지 EV 10개 모델을 판매할 계획이라고 발표했다.
폭스바겐과 BMW는 xEV 판매량을 전체의 15-25%로 끌어올리는 목표를 세우고 있으며, EV 시장을 선도하고 있는 테슬라(Tesla)는 2020년 EV 100만대 생산을 계획하고 있다.
일본에서도 EV를 처음으로 출시한 닛산(Nissan)에 이어 도요타(Toyota Motor), 혼다(Honda)가 xEV 개발체제를 강화하고 있다.
여기에 최근에는 유럽 각국이 새로운 규제를 발표해 xEV 전환을 촉진하고 있다.
독일은 2030년, 영국과 프랑스는 2040년부터 내연기관 신차 판매를 금지할 방침이라고 발표했으며 자동차기업들은 규제에 대응하기 위해 xEV 투입 움직임을 가속화하고 있다.
최대시장인 중국도 존재감이 점차 높아지고 있다.
중국은 심각한 대기오염이 문제시됨에 따라 정부가 2025년까지 친환경 자동차를 연평균 700만대 판매할 계획을 세우고 있다.
중국 EV 시장은 최근 수년간 신규 진입이 10사를 넘었고 정부의 적극적인 지원정책에 힘입어 꾸준히 성장할 것으로 예상되고 있다.

LiB, 고기능성 소재 개발 박차
xEV는 동력원으로 LiB를 탑재하고 있다.
실용화되고 있는 2차전지 가운데 에너지밀도가 가장 높은 LiB는 니켈수소전지, 납축전지에 비해 사이즈가 작음에도 불구하고 더욱 많은 에너지를 저장할 수 있어 자동차에 안성맞춤인 것으로 평가되고 있다.
그러나 본격적인 보급을 위해서는 가솔린자동차 수준의 항속거리 실현이 필수적으로 요구되고 있다.
또 스마트폰에 탑재한 LiB가 발화한 것처럼 전해액에 가연성 유기용제를 사용하기 때문에 안전성에 대한 요구도 높아지고 있다.
이에 따라 LiB 소재 생산기업들은 자동차기업과 공동으로 신규 LiB 개발에 힘을 기울이고 있다.
일본 LiB 생산기업 GS Yuasa는 자동차용 LiB의 양극재에 망간계, 음극재에 탄소계를 주로 사용했으나 2020년대 후반에는 양극재로 에너지밀도가 높은 삼원계, 음극재로 탄소계+α를 채용할 계획이다.
에너지밀도가 높아지면 항속거리도 연장됨에 따라 특히 에너지밀도 향상에 주력하고 있다.
경쟁기업도 에너지밀도 향상을 선결과제로 설정하고 연구개발에 박차를 가하고 있다.
그러나 LiB는 용량이 커질수록 발화 리스크가 높아지는 단점이 나타나 양극과 음극을 절연해 쇼트에 따른 이상발열을 방지하는 분리막(LiBS) 기술이 중요해지고 있다.
분리막 생산기업들은 매우 높은 수준의 안전성을 실현하기 위해 세라믹 등 코팅제품을 제안하고 있으며 전극과의 핸들링성을 향상시키는 등 수요처 요구에 대응해 다양한 기능을 부여하고 있다.
전해액 생산기업들은 첨가제를 차별화하고 있다.
전해액은 양극재, 음극재, 분리막에 이어 마지막으로 채용이 결정되는 것으로 알려졌으나 독자성에 따라 존재감을 발휘하고 있다.
LiB는 개별 소재의 기능은 물론 조합에 따라서 성능이 좌우됨에 따라 관련기업의 협업이 중요해지고 있다.
최근에는 포스트 LiB로 전고체전지가 주목받고 있다.
전고체전지는 항속거리가 LiB의 2배를 넘을 것으로 예상되고 있으며 고체 전해질을 사용함에 따라 발화 리스크가 없는 것으로 알려지고 있다.
도요타는 2020년 초 전고체전지를 탑재한 xEV를 양산할 방침이다.
그러나 전고체전지는 현재 일부기업이 소형으로 상품화하기 시작한 단계여서 2020년대 초까지 자동차용 양산화가 가능할지 의문시되고 있다.

AKC, 분리막 일관생산체제 구축
Asahi Kasei Chemicals(AKC)은 미국 Polypore를 인수함에 따라 LiB용 습식·건식 분리막 뿐만 아니라 납축전지용 세퍼레이터도 글로벌 양산체제를 구축하게 됐다.
LiB 개발을 선도하고 있는 AKC는 PE(Polyethylene)부터 박막증착, 코팅을 수직계열화함으로써 안정적인 품질과 공급을 실현할 수 있는 강점이 있으며 유럽, 미국, 아시아 각국에서 생산체제를 구축하고 있다.
기술적으로도 일관생산의 강점을 발휘하고 있다.
LiB는 에너지밀도를 높일 목적으로 분리막의 두께를 박막화하는 흐름이 강화되고 있으며 현재 자동차용은 10-20μm, 전자제품용은 5-9μm를 형성하고 있다.
여기에 전지의 특성을 열화시키는 이물질 등이 없는 무결함화가 최고수준에 달하고 있으며 커스터마이징 능력을 활용함으로써 글로벌 LiB 시장점유율 1위를 유지하고 있다.
습식 분리막은 Moriyama 소재 2억6000만평방미터 공장을 증설하고 있으며 건식 분리막은 미국에서 생산하고 있다.
습식과 건식을 포함한 총 생산능력은 2020년 11억평방미터를 넘어설 것으로 예상되고 있다.
자동차용 배터리 분리막은 안전성이 중시됨에 따라 세라믹, 접착성 폴리머 코팅이 중요한 것으로 파악되고 있다.
이에 따라 AKC는 직접 코팅을 실시할 뿐만 아니라 위탁처를 활용해 수요 신장에 대응할 방침이다.
납축전지도 고기능화를 추진하고 있다.
납축전지는 IS(Idling Stop) 자동차용으로 수요가 급증하고 있으며 분리막의 종류가 다양해 고기능화 가능성이 높은 것으로 파악되고 있다.
AKC는 전기저항을 줄이고 충전효율을 높인 IS용 분리막을 양산하고 있다.

SCC, 내열성 LiBS 공급 확대
Sumitomo Chemical(SCC)은 2016년 시작한 중기 경영계획에서 환경·에너지를 중점사업으로 설정하고 LiB 소재 가운데 사용비율이 높은 분리막과 양극재 사업을 강화하고 있다.
세퍼레이터는 아라미드(Aramid)를 채용해 안전성을 향상시킨 「Pervio」를 공급하고 있다.
LiB는 전지 용량이 증가함과 동시에 안전성 향상에 대한 요구가 높아지고 있으며, Pervio는 폴리올레핀(Polyolefin) 베이스에 아라미드수지로 내열층을 형성함으로써 세라믹 계열에 비해 내열성과 안전성이 뛰어나고 무게도 가벼워 수요가 점차 확대되고 있다.
일본 Oe에 이어 대구공장을 신설해 상업생산을 시작했다.
대구공장은 생산능력을 약 4배 확대하기 위해 증설공사를 실시하고 있으며 일본과 한국에 총 4억평방미터 생산체제를 구축할 방침이다.
생산성 향상, 품질관리 강화에도 힘을 기울이고 있다.
생산성이 향상되면 경쟁력이 높아질 뿐만 아니라 EV 양산에도 기여할 수 있기 때문으로, 생산기술을 혁신하기 위한 연구개발을 추진함과 동시에 검사장치 확충 등을 통해 품질보증체제를 강화하고 있다.
양극재 사업에서는 2016년 Tanaka Chemical을 연결자회사로 편입해 고용량·장수명 전지를 실현하는 하이니켈계 양극재를 공동개발하고 있으며 2020년 EV 보급이 본격화될 것에 대비해 채용 마케팅에 주력하고 있다.
2017년 10월에는 수요처별로 분리막과 양극재를 함께 제안하는 대책을 수립했다.
SCC는 수요처 니즈에 대한 대응능력을 향상시킴으로써 혁신적인 기술 개발로 이어가는 협동체제를 구축할 방침이다.

MCH, 글로벌 전해액 생산능력 확대
Mitsubishi Chemical(MCH)은 높은 품질·기술이 요구되는 고부가가치 영역을 대상으로 전해액과 음극재를 공급하고 있다.
유럽, 미국 등 선진국에서 EV 시장이 급속히 확대될 것으로 예측되고 있는 가운데 풍부한 채용실적과 글로벌 공급체제, 고출력, 내구성 등 각종 성능에 대응할 수 있는 설계기술 및 개발력을 바탕으로 수요를 적극적으로 확보하는 공격적인 경영을 가속화하고 있다.
전해액은 전지를 구성하는 주요 4개 소재 가운데 가장 마지막에 결정되는 소재로 Mitsubishi Chemical은 전해액에 배합하는 고기능성 첨가제를 개발해 고용량, 고출력, 장수명 등을 실현하고 있다.
Mitsubishi Chemical은 고기능성 첨가제를 조합해 요구 성능을 충족시키는 설계능력을 강점으로 보유하고 있으며 장기간에 걸친 공급실적에 따라 서플라이체인에 대한 신뢰도가 높아 EV용을 중심으로 채용이 꾸준히 증가하고 있는 것으로 알려졌다.
전해액은 일본에서 1만3500톤, 미국, 영국, 중국에서 각각 1만톤 공장을 가동하고 있는 가운데 EV 보급이 본격화될 것에 대비해 2020년을 목표로 미국 생산능력을 2배 확대할 계획이며 일본에서도 증설을 검토하고 있다.
중국에서는 기술적으로 상호 보완이 기대되는 Ube Kosan과 합작기업을 설립하고 중국 뿐만 아니라 글로벌하게 사업을 제휴하는 방안도 검토하고 있는 것으로 알려졌다.
음극재는 일본과 중국에 생산거점을 보유하고 있으며 천연흑연계를 중심으로 인조흑연계도 생산하고 있다.
MCH는 각각의 장점을 융합해 설계에 따라 고용량, 내구성 등의 성능을 제어할 수 있는 강점이 있으며 품질 안정성도 뛰어나 높은 평가를 받고 있다.
또 2020년 채용을 목표로 차세대 음극재를 개발하고 있다.
차세대 전지로 주목받고 있는 전고체전지에 대해서도 소재 측면에서 어떻게 기여할 수 있을지 장기적인 관점에서 연구개발을 진행할 방침이다. ▶ 다음호에 계속