[EV·수소 밸류체인]포스코케미칼, LG엔솔·GM의 '삼각동맹'...음극재 '왕좌' 노려

발행일 2021-04-05 19:10:04
미국 GM과 LG에너지솔루션의 미국 합작공장 얼티엄셀즈 조감도.(사진=GM)

포스코케미칼이 미국 GM과 LG에너지솔루션과의 '배터리 동맹'에 올라탔다. 미국 GM은 2030년까지 글로벌 전기차 판매량 6위로 부상할 것으로 전망되는 완성차 업체다. LG에너지솔루션은 중국 CATL과 함께 1위와 2위를 다투고 있다.

포스코케미칼은 하이니켈 양극재(니켈 비중을 높여 성능을 개선한 제품)에 이어 음극재까지 LG에너지솔루션과 미국 GM의 합작사에 납품하게 되면서 음극재 사업에 '청신호'가 켜졌다는 평이다. '포스코케미칼-LG에너지솔루션-GM'으로 이어지는 공고한 공급사슬이 마련됐다는 관측이다.

포스코케미칼은 5일 보도자료를 통해 LG에너지솔루션과 GM의 미국 합작공장 얼티엄셀즈(Ultium Cells)에 음극재를 납품한다고 밝혔다. 납품 시기는 합작공장이 양산을 시작하는 2022년으로 예상된다. 

얼티엄셀즈는 '전기차 시대' 뒤쳐진 GM이 칼을 갈면서 설립한 배터리 합작공장이다. GM과 LG에너지솔루션은 각각 50%씩 지분을 태워 미국 중동부 오하이오주 로즈타운에 30GWh 규모의 생산공장을 짓고 있다. 양사는 2022년 완공을 목표로 하고 있다.

LG에너지솔루션은 미국 중북부 미시간주 홀랜드에 5GWh 규모의 생산공장을 보유하고 있다. 양사의 전략적 협력으로 LG에너지솔루션은 미국 내 두 개의 공장을 갖게 됐다.

GM, LG에너지솔루션, 포스코케미칼 CI.(사진=각사)

포스코케미칼은 지난해 12월 얼티엄셀즈에 양극재를 공급하기로 한 데 이어 음극재까지 납품하게 됐다.

포스코케미칼이 얼티엄셀즈에 독자 개발한 저팽창 음극재를 납품한다. 전기차 배터리에 적합하도록 안정성과 수명, 충전속도를 크게 개선했다는 평이다.

현재 배터리 업체들이 생산하는 음극재 원료로는 천연흑연과 인조흑연이 있다. 천연흑연은 입자가 층으로 쌓인 핀상형 구조로 에너지 저장 용량에는 강점이 있다. 하지만 충방전시 팽창으로 인해 구조적 변화가 일어나 수명이 짧아지는 게 단점이었다. 인조흑연 음극재는 고온에서 제조해 안정성이 높고, 구형의 입자가 균일하게 배열된 등방형 구조로 이뤄졌다. 리튬이온의 이동 속도를 높여 충전 효율에 강점이 있다. 하지만 생산 원가가 비싸다는 게 단점이다.

포스코케미칼의 저팽창 음극재는 인조흑연과 천연흑연의 단점을 적절하게 보완했다. 과학기술연합대학원대학교 등 연구팀이 작성한 'SiOx 함량에 따른 CB/SiOx/C 음극재의 전기화학적 특성' 논문에 따르면 음극재의 실리콘 산화물은 충방전시 부피가 200% 가까이 팽창해 전기전도도가 낮고 급격한 용량 감소를 야기한다. 과도한 SEI(solid electrolyte interphase) 층이 형성돼 배터리의 전기화학적 성능을 저하시킨다.

포스코케미칼은 이를 해결하기 위해 실리콘 산화물 탄소복합체를 구성한 것으로 보인다. 복합체 탄소가 전동성 완충 역할을 수행하고, 실리콘 산화물의 부피 팽창을 최소화해 안정성을 높인 것이다. 포스코케미칼은 글로벌 음극재 톱티어 업체와 달리 생산라인의 대부분이 천연흑연 음극재였다. 자사의 단점을 기술로 극복한 것으로 풀이된다.

이는 완성차 회사와 배터리 업체 모두에게 긍정적이다. 테슬라와 폭스바겐이 자사의 전기차에 배터리를 직접 생산하기로 하면서 '배터리 단가' 경쟁에 불을 붙였다. 배터리는 전기차 원가의 30% 가까이 차지한다. 전기차 가격을 낮추려면 배터리 원가를 낮춰야 하는 셈이다. 포스코케미칼은 배터리의 핵심 소재의 가격을 낮추면서 성능을 높였다.

포스코케미칼의 저팽창 음극재는 글로벌 경쟁력을 높이는 데 기여할 전망이다. GM은 2025년까지 전기차 100만대, 2030년까지 230만대를 판매할 계획이다. 얼티엄셀즈의 생산능력은 전기차 120만대를 생산할 수 있는 규모다.

양극재는 전기차 배터리의 30%를, 음극재는 15%를 차지하고 있다. LG에너지솔루션이 생산할 'GM 납품용' 배터리의 약 45%를 포스코케미칼이 맡게 되는 셈이다.

포스코케미칼의 얼티엄셀즈 납품은 그동안 성장이 더뎠던 음극재 사업을 크게 성장시킬 것으로 전망된다. 포스코케미칼은 2019년 4월 포스코켐텍(음극재)이 포스코ESM(양극재)을 흡수합병해 설립됐다. 그런데 양극재는 눈에 띄게 성장한 반면 음극재는 성장이 더뎠다.

왼쪽 포스코케미칼 양극재 매출, 오른쪽 음극재 매출.(자료=포스코케미칼 IR북)

지난해 기준 포스코케미칼의 양극재 매출은 3514억원으로 전년(984억원)보다 257% 성장했다. 지난해 음극재 매출은 1819억원으로 같은 기간 50% 성장하는 데 그쳤다. 양극재 생산량 중 88%는 전기차 배터리에 쓰이는 반면 음극재는 생산량 중 63%가 전기차에 쓰인다. 포스코케미칼의 얼티엄셀즈 납품에 업계의 기대가 큰 이유다.

정대헌 포스코케미칼 에너지소재사업부장은 "전기차 시대의 본격적인 도래를 맞아 차별화된 경쟁력으로 글로벌 시장을 선도하는 소재 기업의 지위를 더욱 공고히 할 것"이라고 말했다.

한편 포스코케미칼은 2030년까지 양극재 캐파(생산능력)를 40만톤(현재 4만톤), 음극재 캐파를 26만톤(현재 4만4000톤)까지 확대할 계획이다. 이를 통해 2차전지 소재 부문의 글로벌 점유율 20%, 연 매출 23조원을 달성한다는 목표다.

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