POSCO - 2차전지 소재 산업으로 신성장 동력 확보

2차전지의 핵심 소재 

미래 먹거리로 주목받고 있는 이차전지는 크게 양극, 음극, 전해액, 분리막으로 구성되어 여러 번 충전과 방전이 가능한 친환경 소재이다.

이차전지는 양극을 구성하는 물질의 화학반응을 이용해 전기를 생산하고, 이온과 전자가 양극과 음극을 오가며 충전과 방전이 이루어지는 구조이다.

이 때, 양극의 실제 전극 반응에 관여하는 물질을 어떤 소재로 구성하느냐에 따라 배터리의 용량과 전압이 결정되고, 양극의 소재로 리튬, 니켈, 코발트, 망간 등이 쓰인다. 

 

배터리 핵심 소재 공급, 포스코리튬솔루션

포스코는 양극재 핵심 원료인 리튬을 안정적으로 공급하기 위한 기술개발활동을 2010년부터 추진하여 2021년 3월 상용화 준비를 마쳤다.

이 후 2021년 4월 23일  호주 필바라 미네랄스 (리튬광산 기업)과의 합작 법인인 '포스코리튬솔루션'을 설립했다. (지분율은 포스코 80%, 필바라 미네랄스 20%)

 

포스코리튬솔루션은 지난 5월 26일 광양 율촌산업단지 내 19만 6000㎡ 부지에 7600억을 투자해 연간 4만 3000톤 (전기차 100대분의 배터리)의 수산화리튬을 생산할 수 있는 공장을 착공했다. 이는 2023년 하반기 준공을 목표로 건설 중이다.

 

이로써, 포스코리튬 솔루션은 필바라로부터 연간 31만 5000톤 규모의 리튬 광석을 공급 받아 수산화리튬을 생산한다. 이렇게 생산된 수산화리튬은 100% 포스코케미칼의 양극재 생산을 위해 공급되어, 그룹 내 안정적인 2차전지 소재 밸류체인을 구축할 것으로 기대된다.

 

그동안 리튬은 중국 등에서 100% 수입에 의존하였으나, 향후 국내 생산체제가 구축되면 연간 3700억 규모의 생산효과를 기대할 수 있게 된다. 포스코는 이번 국내 생산을 계기로 2023년 연간 7만톤, 2026년 연간 13만톤, 2030년 연간 22만톤의 리튬 생산을 목표로 하고 있어, 리튬국산화는 포스코 그룹의 향후 중요한 성장 동력으로 자리잡을 것으로 전망한다.

2차전지 양극재의 원료로 사용되는 리튬은 탄산리튬과 수산화 리튬으로 나뉘고, 수산화리튬은 탄산리튬에 비해 배터리 용량과 수명을 늘리는데 유리하여 전기차 배터리 소재로 많이 쓰인다.

 

넥스트 배터리 리사이클링, 포스코HY클린메탈

향후 전기차 수요증가와 양극재 고용량화로 인한 니켈 수요는 2021년 11만 5000톤에서 2030년 121만 3000톤까지 증가할 전망이다. 하지만, 한정된 자원으로 인해 2025년 이 후 공급 부족이 심화될 것으로 전망하고 있다.

 

포스코는 2020년 5월, LG에너지솔루션 폴란드 공장에서 발생하는 배터리 스크랩을 연간 1만톤 수주하여, 이차전지 리사이클링 사업에 본격 착수하였다. 그 해 12월 90억원을 투자해 폴란드에 리사이클링 상공정을 담당하는 단독 법인을 설립한다.

2021년 5월 7일, 리사이클링 기술을 보유한 중국 화유코발트사와 합작하여 하공정을 담당하는 포스코HY클린메탈을 설립했다. (포스코 지분율 65%) 광양 율촌산업단지 내 17만 1000㎡ 부지에 BP 1만톤을 처리할 수 있다.

 

상공정과 하공정
상공정은 LG에너지솔루션 폴란드공장에서 배터리 생산과정 중 발생되는 스크랩을 수거해 분쇄하고 열처리를 거쳐 중간재인 BP(Black Powder)를 제조하는 공정으로 폐배터리를 다시 자원화하는 과정이다.
이렇게 생산된 BP는 한국 광양의 율촌산단에 건설 중인 포스코HY클린메탈 공장에서 용매추출 공정을 통해 이차전지 소재를 생산하며, 이를 하공정이라 한다.

 

포스코HY클린메탈은 2021년 8월 착공 후 2022년 7월 준공을 목표로 하고 있으며, 준공 이후 포스코케미칼을 비롯해 LG에너지솔루션 등 이차전지 제조업체들과 2022년 12월까지 제품 인증과정을 거쳐 2023년 1분기부터 제품을 판매할 계획이다.

연간 생산목표는 니켈 2200톤, 코발트 700톤, 망간 600톤, 탄산리튬 2100톤 규모이다. 

 

 

포스코는 급성장하는 리사이클링 시장에 대응하기 위해 장기적으로 포스코HY클린메탈을 리사이클링 사업의 허브로 두고, 신규 스크랩 및 폐배터리는 지역 거점별 확보를 통해 글로벌 공급망으로 확대할 계획이다.

또한 2025년까지 습식정제기술을 고도화하고, 폐배터리 해체 공정이 필요 없이 전기로에 폐배터리를 직접 장입해 유가금속을 추출하는 건식제련 기술도 개발을 추진하고 있다. 그리고 기존 리사이클링 설비를 활용해 인도네시아나 호주 광산의 니켈 중간물을 정제하는 등, 종합 정제 컴플렉스를 구축해 2030년 기준 니켈 생산량을 3만톤까지 끌어올릴 계획이다.

 

리사이클링 과정을 통한 이차전지 핵심 소재를 추출하는 친환경 자원순환 시장은
전기차 성장과 함께 2040년 28조원 규모에 이를 것으로 전망한다.
현재 진행하고 있는 이차전지 리사이클링 사업은 물론
글로벌 공정 스크랩과 폐배터리 회수, 폐배터리 경제성 진단, ESS 재사용, 리사이클링을 통한
유가금속 추출 등으로 영역을 확대할 계획이다.