국내 배터리 3사 등 흑연 수급 문제 없어…미중관계 따른 불확실성은 여전 중국 정부가 배터리 음극재의 핵심 소재 흑연의 수출 통제에 나선 가운데 한국 주요 배터리 기업으로의 흑연 수출은 허가한 것으로 전해졌다. 다만 향후 미중 관계 악화 등으로 흑연을 비롯한 핵심 광물 자원에 대한 중국의 수출 통제가 앞으로 더 강화될 가능성은 배제할 수 없다. 업계에 따르면 중국 정부는 지난해 12월 하순 배터리 소재 업체 포스코퓨처엠으로 공급될 음극재 제조용 구상흑연의 수출을 승인했다. 중국 정부는 또한 LG에너지솔루션, SK온, 삼성SDI 등 한국 배터리 3사로의 흑연 음극재 완제품 수출도 승인한 것으로 전해졌다. 한 소식통은 "중국이 강화된 흑연 수출 통제를 시작했으나, 한국 기업으로의 수출을 포함해 여러 건의 수출을 허가해 심사 병목 현상은 나타나지 않았다"며 "우리 업체들이 중국에서 흑연을 수입하는 데 현재 특별한 문제는 없는 것으로 보면 된다"고 전했다. 중국은 군사 용도 전용을 막겠다는 명분을 앞세워 지난해 12월 1일부터 기존 수출 통제 대상이던 인조흑연에 더해 이차전지 음극재용 고순도 천연흑연 등을 새로 통제 대상에 올렸다. 수출 신청 건별로 심사해 허가하는
고속 충·방전 테스트서 99.8% 쿨롱 효율 보여… ACS Energy Lett. 게재 성냥개비 성분인 적린과 카본을 코팅시켜 성능을 향상시킨 흑연 음극재가 개발됐다. 흑연 음극재의 성능 향상으로 전기차, 항공, 고속 충전 전지 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대를 모은다. UNIST 에너지화학공학과 이현욱 교수팀은 기화-응결 방법을 이용해 적린과 카본이 코팅된 다공성 흑연 음극재인 ‘흑연-인 복합체’를 개발했다고 밝혔다. 개발된 복합체는 적린과 카본 코팅층의 이점을 이용해 흑연 표면에 생성되는 전자와 리튬 이온의 전도도를 높인다. 향상된 전도도는 고속 충전 시 전극 표면에만 집중되던 리튬 이온을 확산시켜 충전을 균일하게 만들 뿐 아니라, 배터리에 문제를 일으키는 수지상 형성을 억제해 배터리 안정성 또한 향상시켰다. 음극재 개발은 배터리 안정성에 있어 매우 중요하다. 흑연과 같은 음극은 충전할 때 생기는 리튬 농도 집중 현상으로 리튬의 이동이 제한된다. 이와 같은 충전의 불균일성은 상단부에 수지상 형성을 일으켜 배터리의 성능을 저하시킨다. 이현욱 에너지화학공학과 교수는 “이러한 비균일성을 완화하기 위해서 전극의 충전 과정에서 리튬 이온의 농도를 균
UNIST 조재필 특훈교수팀, ‘Nature Energy’ 리뷰 논문 게재 실리콘 입자의 크기 조절로 부피팽창 및 수명 저하 문제 해결 국내 연구팀이 상용화된 전지에 적용 가능한 실리콘 음극재를 평가할 수 있는 분석 프로토콜을 제시했다. UNIST 에너지화학공학과 조재필 특훈교수팀은 ‘Nature Energy’에 리뷰 논문을 싣고, 이차전지 소재로 가장 주목받는 실리콘 음극 물질들이 상용화 전지에 사용되기 위해 확보해야 할 특성 및 문제점을 심도있게 분석했다. 실리콘 음극재는 충·방전 시 흑연 대비 5배 이상의 부피 팽창과 수축으로 인해 부서짐 현상이 발생한다. 이로 인해 전해액과의 분해 반응이 가속화되고 표면 막이 두껍게 형성돼 리튬이온의 이동을 저해함으로써 수명 저하를 일으킨다. 전기자동차의 배터리 음극에서 사용중인 실리콘 소재는 마이크론(100만분의 1)크기의 입자인 SiOx 계통으로 5% 미만 함유돼 있지만, 사용되는 소재의 초기효율이 80%대에 전도도까지 낮아 고속 충전에 문제가 있다. 연구팀은 개발 중인 실리콘 소재들은 초기 효율이 86%이하로 94%인 흑연에 비해 낮아 양극의 사용 효율을 감소시킨다는 문제점을 지적했다. 실리콘 소재는 입자가 커질
리튬이온배터리 음극의 성능과 안정성을 높인 고체상 불소화반응 기술이 개발됐다. UNIST 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 테프론(Teflon, PTFE)과 흑연을 반응시켜 불화탄소(Fluorinated carbon)를 안전하고 손쉽게 합성할 수 있는 방법을 개발했다. 연구팀은 기계화학의 대표적 반응 유도 방법인 볼밀링법(ball-milling)을 통해 흑연보다 2.5배 이상 우수한 저장용량과 전기화학적 안정성을 확인했다. 불화탄소를 제작하는데 필요한 불소가스(F2) 및 불산(HF) 등의 화합물은 높은 반응성과 부식성으로 매우 위험한 화합물로, 신체를 마비시키거나 사망에 이를 수 있어 대용량 생산의 제조 설비 비용의 증가 원인이 된다. 연구팀은 안전하고 손쉬운 불소화 반응을 유도하기 위한 방법을 고안했다. 고체를 이용한 불소화 방법이다. 일상에서 흔히 사용되는 화합물 가운데 모든 원소가 불소로 이루어진 테프론은 대기 중에서 안정적이고, 먹어도 인체에 무해한 고분자화합물이다. 프라이팬의 코팅제로도 사용되는 테프론은 표면의 마찰력을 감소시키고 화학적으로 안정해서 일반적인 반응물로는 사용하지 않는다. 연구팀은 실험을 통해 테프론이 버틸 수 있는 힘보다 더 강한 에너
북미 인플레이션 감축법 시행 앞두고 확고한 공급망 우위 선점 목적 LG에너지솔루션이 호주업체로부터 배터리 음극재 핵심 소재인 흑연을 공급받기로 했다. LG에너지솔루션은 호주 시라(Syrah Resources Limited)社와 천연 흑연 공급에 관한 업무협약(MOU)을 19일 체결했다고 밝혔다. 이번 MOU를 통해 2025년부터 양산하는 천연흑연 2천톤(t) 공급을 시작으로 양산협력 규모를 지속적으로 확대해 나가기로 했다. 양사는 올해 말까지 세부내용을 협의한 후 최종 공급계약을 체결할 계획이다. 내년 미국 인플레이션 감축법(IRA·Inflation Reduction Act) 시행을 앞두고 핵심 원재료 확보 경쟁력을 한층 강화함으로써 북미 고객가치 역량을 더욱 높일 수 있게 됐다. 흑연은 배터리 핵심 소재 중 중국 의존도가 가장 높은 광물이다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 지난해 기준 흑연의 중국산 비율은 70.4%에 달한다. 이 때문에 LG에너지솔루션뿐 아니라 배터리 업계 대부분 흑연의 중국 의존도를 낮추고 공급망을 다각화할 수 있는 방안을 모색해왔다. 호주 흑연업체인 시라社는 세계 최대 흑연 매장지로 불리는 아프리카 모잠비크 광산을 소유해 운영 중이다
미국 IRA 제정 이후 전기차 보조금 수령하기 쉽지 않아 "배터리 소재 수입선 다변화 및 대체 생산이 절실" 최근 수년간 전기차 배터리 핵심 소재인 수산화리튬과 코발트, 천연 흑연 등의 대 중국 의존도가 더욱 높아진 것으로 나타났다. 미국의 '인플레이션 감축법(IRA)' 제정으로 내년부터 배터리의 광물·부품 가운데 중국산이 다량 포함된 전기차는 미국에서 보조금을 받지 못하는 만큼 이들 핵심 소재의 중국 의존도를 낮추는 노력이 더욱 절실해진 상황이다. 물론 미국 IRA로 한국뿐 아니라 독일·일본, 심지어 미국 기업도 전기차 보조금을 수령하기가 쉽지 않아 오는 11월 미국 중간선거 이후 IRA 요건이 완화될 수 있다는 전망도 나온다. 22일 한국무역협회에 따르면, 올해 상반기 이차전지 핵심 소재인 수산화리튬(산화리튬 포함) 수입액 17억4829만 달러 가운데 중국 수입액이 14억7637만 달러로 84.4%를 차지했다. 이어 칠레 수입액이 2억2657만 달러로 13.0%, 러시아가 329만 달러로 1.7%였다. 같은 기간 코발트(산화코발트·수산화코발트·상관습 상의 산화코발트)도 전체 수입액 1억5740만 달러 가운데 중국 수입액이 1억2744만 달러로 81.0%를
헬로티 서재창 기자 | 테슬라가 배터리 제조에 쓰이는 핵심 광물인 흑연의 중국 의존도를 낮추려 한다고 17일(현지시간) AP 통신이 보도했다. 통신에 따르면 테슬라는 지난달 호주 광산업체 시라 리소시즈와 전기차 리튬이온 배터리의 핵심 재료인 흑연 구매 계약을 체결했다. 시라 리소시즈는 남아프리카 모잠비크에서 세계 최대 규모 흑연 채굴지 중 하나인 발라마 광산을 운영하며, 여기서 채굴한 흑연을 미국 루이지애나주 공장에서 가공한다. 테슬라는 이 공장에서 2025년부터 흑연을 조달할 계획으로, 연간 구매량은 공장 생산량의 80%에 해당하는 8000t 규모다. 시장 전문가들은 테슬라가 중국산 흑연 의존도를 낮추기 위해 모잠비크 광산으로 눈을 돌렸다고 진단했다. 테슬라는 최근 미국 광산 업체인 탤런메탈을 통해 전기차 배터리용 니켈을 조달하는 계약도 체결한 바 있다. 배터리 재료 정보 제공업체 벤치마크 미네랄 인텔리전스의 사이먼 무어스 애널리스트는 테슬라가 세계 흑연 시장을 장악한 중국 영향력에서 벗어나 자체 배터리 생산 능력을 강화하기 위해 이번 계약을 맺었다고 분석했다. 이어 그는 "미국은 자국 내에서 자체적으로 리튬이온 배터리를 제조하기를 원한다"며, "테슬라도
헬로티 서재창 기자 | 세계 전기차 시장의 급성장으로 배터리 핵심 원료인 흑연의 수요가 급증하면서 흑연 최대 생산지인 중국을 중심으로 공급 부족이 심각해지고 있다고 로이터통신이 15일(현지시간) 보도했다. 배터리 정보업체인 벤치마크 미네랄 인텔리전스(BMI)에 따르면, 작년에는 세계 흑연 공급이 수요를 약 2만t 웃돌았으나, 내년에는 수요가 공급을 약 2만t 초과할 것으로 전망된다. 흑연 2만t은 전기차 약 25만 대분의 배터리 생산에 필요한 양이다. 이는 우선 흑연이 전기차 배터리의 음극재 원료로서 이를 대체할 물질이 거의 없는 가운데 수요가 크게 늘고 있기 때문이다. BMI는 리튬이온 배터리 중심으로 세계 음극재 수요가 향후 10년간 연평균 약 27% 성장할 것으로 전망했다. 특히 세계 흑연의 약 70%를 생산하는 중국에서 전기차 판매량이 급증하면서 흑연 부족 추세가 뚜렷해지고 있다. 중국의 올해 1∼11월 전기차·플러그인 하이브리드(PHEV) 판매량은 299만 대로 작년 동기보다 약 170% 늘었다. 그 결과 BMI에 따르면, 음극재 원료 등급 흑연의 중국 내 가격은 약 t당 4500위안(약 83만5000원)으로 연초 이후 약 40% 올라 2018년 이
헬로티 조상록 기자 | KAIST 생명화학공학과 김희탁 교수 연구팀이 음극재가 없는 고에너지밀도 리튬 배터리 구동을 위한 음극 집전체 구조를 개발하고, 그 작동원리를 규명했다. 음극재가 없는 리튬 전지(Anode-free Li battery)는 휴대용 전자기기와 전기자동차에 사용되는 리튬이온전지의 많은 부피와 무게를 차지하는 흑연 음극재를 없앤 차세대 구조의 전지다. 대신에 음극 활물질을 저장해두는 구리 집전체만이 음극 부품으로 들어가며, 집전체 위에 높은 에너지밀도를 가지는 리튬 금속 형태로 에너지가 저장된다. 음극재가 없는 리튬 전지는 기존 리튬이온전지와 비교해 60% 더 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다는 점 때문에 산업계와 학계에서 활발하게 연구가 진행되고 있다. 하지만 리튬 이온이 흑연에 저장되지 않고 리튬 금속 형태로 음극에 저장될 경우, 리튬 금속의 수지상 성장으로 인해 지속적으로 비가역적인 리튬의 손실이 발생하며 충·방전 효율을 크게 떨어뜨리는 문제점이 발생한다. 또한, 반응성에 차이가 있는 구리와 리튬 사이에 미세전류가 흐르면서 리튬의 부식과 동시에 구리 표면에서 전해액이 분해되는 '갈바닉 부식(Galvanic corrosion)'이 발생한다
헬로티 함수미 기자 | 포스코가 이차전지용 고순도니켈 생산에 나선다. 포스코는 그룹사인 SNNC의 기존 설비와 연계한 투자를 통해 2023년까지 연산 2만 톤(니켈 함량 기준) 규모의 이차전지용 고순도니켈 정제공장을 신설키로 했다. 포스코가 추진하는 고순도니켈 정제사업은 니켈 순도 75%의 니켈매트를 습식정제해 순도 99.9% 이상의 이차전지용 고순도니켈로 만들어 판매하는 사업이다. 스테인리스 원료용 페로니켈을 제련하는 포스코 그룹사 SNNC가 기존 설비에 탈철공정을 신설해 니켈매트를 생산하고, 포스코는 이를 정제해 고순도니켈을 생산하는 구조다. 포스코그룹의 총투자비는 약 2300억 원이며 공장은 SNNC와 인접한 광양제철소 동호안 부지에 들어선다. 이 공장에서 생산하게 될 고순도니켈 2만 톤은 전기차 50만대에 공급할 수 있는 규모다. 글로벌 시장조사 기관 ‘WoodMac’ 등의 보고서에 따르면 지난해 3백만대를 넘어선 글로벌 전기차 시장은 급격히 성장할 것으로 전망된다. 이에 고용량 배터리 양극재의 필수원료인 고순도니켈의 수요 역시 연평균 23% 수준으로 급성장하고, 2025년 이후에는 공급 부족이 예상되는 상황이다. 이에 포스코는 고순도 니켈을 선제적으
헬로티 서재창 기자 | 국내 연구진이 리튬 배터리의 음극 용량을 최대 2.6배까지 늘릴 수 있는 신개념 전처리 용액을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 이민아 박사, 에너지소재연구센터 홍지현 박사, 수소·연료전지연구센터 정향수 박사 공동연구팀이 리튬 배터리의 흑연·실리콘 복합 음극 제작과정에 활용할 수 있는 전처리 용액을 개발해 기존 대비 2.6배 이상의 용량을 갖는 음극 소재를 제작하는 데 성공했다고 15일 밝혔다. 우리가 사용하는 전자 기기는 배터리 완충 시 배터리 충전량이 100%로 표시되지만, 이는 사실 최대로 저장할 수 있는 에너지 중 10∼30%가 사라진 수치다. 배터리의 생산·안정화 공정에서 처음으로 충전할 때 리튬 이온의 일정량이 영구적으로 손실되기 때문이다. 이 때문에 리튬 이온의 초기 손실을 막아내는 것은 스마트폰의 사용 시간이나 전기차의 주행거리를 획기적으로 늘리기 위한 핵심 기술로 평가받는다. 연구팀은 용액 내 분자들의 상호 작용 세기를 조절하는 방식으로 전처리 용액을 개발해 차세대 음극 소재로 주목받는 흑연·실리콘 복합 음극을 담가 안정적으로 손실될 리튬을 공급할 수 있게 했다. 연구팀은 "흑연·실리콘 전극을
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UPDATE: 2024년 04월 30일 11시 53분
