화학저널

LG화학, 2027년 5만톤 체제 확립 … SCC, 자회사 통해 소재 공급

한국과 일본이 하이니켈 양극재를 두고 맞대결을 벌이고 있다.
LG화학이 2023년 6월 국내 최초로 차세대 배터리용 하이니켈 단입자 양극재 양산을 시작했으며 7월부터 첫 생산물량을 글로벌 수요기업에게 공급하고 있다.
단입자 양극재는 니켈, 코발트, 망간 등 여러 금속을 하나의 입자형상(One-body)으로 만든 소재이며 단입자 양극재를 사용한 배터리는 기존 다입자(다결정) 양극재 배터리보다 수명이 길고 용량이 큰 것이 특징이다.
금속 입자들을 작게 뭉쳐 만든 다입자 양극재는 충‧방전이 반복될수록 소재 사이에 틈이 벌어지고 가스가 발생해 배터리 수명이 점차 단축되는 문제가 있다.
반면, 단입자 양극재를 사용하면 가스 발생이 적어 안정성이 높아지고 배터리 수명이 기존보다 30% 이상 늘어날 뿐만 아니라 기존 양극재보다 에너지밀도를 높일 수 있어 용량을 10% 이상 확대할 수 있다.
기존 양극재 배터리를 탑재한 전기자동차(EV)는 1회 충전당 주행거리가 500킬로미터이나 같은 크기의 단입자 양극재 배터리를 탑재하면 550킬로미터로 연장 가능할 것으로 예상된다.
LG화학은 2027년까지 단입자 양극재 생산라인을 구미공장으로 확장함으로써 전체 생산능력을 5만톤 이상으로 확대할 계획이다.
초기 양산에서는 단입자 양극재와 기존 양극재를 2대8 비율로 혼합해 생산하나 순차적으로 단입자 100%로 전환하고 파우치형을 비롯해 4680 원통형 배터리 등에 확대 적용할 방침이다.
일본에서는 스미토모케미칼(SCC: Sumitomo Chemical)의 연결 자회사 다나카케미칼(Tanaka Chemical)이 하이니켈 양극재 소재 양산화를 추진하고 있다.
다나카케미칼은 2차전지 양극재 특화기업으로 자동차용 및 일반 산업용 LiB에 탑재되는 3원계 NCM(니켈·코발트·망간) 및 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 배터리용 수산화니켈을 공급하고 있다.
NCM과 NCA 배터리용 하이니켈 양극재 소재는 입자 형상 및 입경 제어와 입도 분포 균일화를 실현하는 독자기술로 고에너지밀도화 및 고출력화, 고내구화를 달성했으며 프로세스 개량을 통해 코스트다운까지 추진하고 있다.
독자적인 입자 제어기술을 활용해 니켈 함유율을 80-90%로 끌어올림으로써 전기자동차 주행거리 연장에 기여할 것으로 기대하고 있다.
이밖에 LiB용 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등 혼합 수산화물인 전구체도 제조하며 양극재 생산기업 및 배터리 생산기업들과 양극재 서플라이체인을 완성하고 있다.
스미토모케미칼은 2013년부터 출자를 통해 다나카케미칼과 협업하고 있으며 2016년에는 지분율을 50.1%로 확대했다.
다나카케미칼은 현재 차세대 배터리용으로 코발트 리스(Cobalt Less) 및 니켈 양극재 소재를 개발하고 있으며 수요기업과 공동으로 검증을 진행하고 있는 단계로 높은 기술 난이도에도 불구하고 샘플 요청이 증가하고 있는 것으로 알려졌다.
본사와 후쿠이(Fukui) 공장에 2020년까지 약 150억엔(약 1371억원)을 투입해 5만톤으로 생산능력을 2배 확대했으며 2022년에는 자동차 감산 영향으로 가동률이 50% 정도에 머물렀으나 최근 판매량 증가가 본격화됨에 따라 2023년 가동률은 60% 수준이 될 것으로 전망하고 있다.
추가 생산능력 확대를 검토하고 있는 가운데 본사 및 후쿠이 공장은 여유부지가 없기 때문에 스미토모케미칼과 함께 계획을 점검하고 있는 것으로 알려졌다. 최근 설비 및 강재 가격 급등으로 투자액이 증가한 것도 영향을 미치고 있다.
다나카케미칼은 글로벌 진출을 위해 스웨덴 노스볼트(Northvolt)와 기술 지원 및 판매계약을 체결한데 이어 북미시장 역시 중요하다는 판단 아래 법규제 등을 살피면서 최적의 공급체제를 확립할 계획이다. (윤우성 기자)