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'리튬 배터리'통합검색 결과 입니다. (81건)

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리튬 배터리, '화재예방법' 특수물질로 관리한다

행정안전부는 지난 6월 화성 아리셀 공장 화재 이후 리튬전지(배터리) 산업 전반에서 화재를 방지 하기 위한 정부 대책을 마련했다고 10일 밝혔다. 지난 7월 행안부를 중심으로 관계부처, 민간전문가 등이 참여한 '전지 공장 화재 재발방지 대책 마련 TF'는 전지 공장 화재의 실질적 감축과 인적‧물적 피해 최소화를 목표로 4대 분야, 37개 개선과제를 확정했다. 이에 따라 화재 위험성이 높은 리튬 전지 제품의 저장, 취급 및 관리를 강화한다. 리튬전지 등을 화재예방안전관리법에 따른 '특수가연물'로 지정하고 제품 적재‧보관, 내화구조‧방연재료 사용 등 관리 기준을 마련한다. 한국산업표준(KS) 1차전지 통칙을 리튬과 비리튬계로 구분하고, 리튬계 전지 보관·취급 및 공정상 구체적 기준도 마련한다. 화재 위험성이 큰 고용량 리튬전지를 관리하는 군용 저장창고는 저장원칙 강조, 구비조건 보완 및 점검표 신설 등 관리를 강화한다. 전지공장에 대한 소방 관계법령 적용 대상과 기준을 개선하고, 위험물질 공정안전관리를 강화한다. 화재안전 중점관리대상 선정 기준도 개선해 현재 지정돼 있지 않은 전지공장을 최우선으로 지정한다. 중점관리대상이 되면 화재안전시행계획 수립, 화재안전 조사, 소방교육훈련 및 소방활동자료조사 대상에 포함된다. 전지공장에 대한 화재안전영향평가도 실시해 화재 원인 등을 심층 분석하고, 화재 위험성을 완화할 수 있는 개선 과제를 발굴·추진한다. 전지공장 위험물질의 공정안전관리(PSM) 강화 방안을 마련하고, 위험성평가 인정사업의 평가기준도 정비한다. 위험물 저장‧처리시설은 구조적 안전성을 확보하고, 위험물 관리 전문성 및 취급‧관리를 강화한다. 내화구조 성능기준 강화 방안을 마련하고, 외벽 마감재료는 불연재료만 사용하도록 한다. 리튬 등 금수성물질 화재에 적응성이 높은 소화약제‧소화기기와 함께 전지 내부에 소화약제를 직접 분사하는 기술 개발도 추진한다. 화재 발생 여부를 신속·정확하게 판정하고 감지할 수 있는 전지화재 특화 센서 및 감지시스템도 개발한다. 화재 초기에 신속히 피난을 유도할 수 있도록 리튬 1차전지 공장에 시각경보기 설치 규정을 마련하고, 화재 대피용 마스크 비치를 권고한다. 외국인 근로자 등 취약 근로자를 대상으로 하는 안전교육을 내실화하고, 신임 소방관 등에 대한 교육‧훈련을 강화한다. 모든 외국인 근로자는 작업장에 배치되기 전에 기초 안전보건교육을 이수하도록 의무화하고, 채용 시 교육 내용에 '화재‧폭발 등 발생 시 긴급조치‧대피 방법'을 필수로 포함한다. 리튬전지 사업장 등에서 취급하는 유해화학물질 118종의 유해‧위험성을 분석해 종류별 보관‧취급 방법, 유‧누출 시 초기 대응요령 등 맞춤형 안전가이드도 마련한다. 정부는 화재‧폭발 우려가 있는 고위험 사업장 중 최근 3년간 점검을 받지 않은 200개소를 우선 점검하고, 화재·폭발에 취약하다고 판단되는 사업장에는 3개월 이내에 안전관리 컨설팅을 제공한다. 1·2차전지 공장 등 사업장을 대상으로 소화 및 경보·대피설비, 화재·폭발 확산 방지를 위한 별도 보관시설 등 설치를 지원한다. 이상민 장관은 “이번에 마련한 대책이 조속히 현장에 적용될 수 있도록 관계기관과 함께 이행상황을 철저히 관리하겠다”며 “정부는 앞으로도 산업현장에서 묵묵히 일하고 계시는 모든 근로자의 안전을 책임진다는 마음가짐으로 안전관리 체계를 개선해 나가겠다”라고 말했다.

2024.09.10 17:01김윤희

리튬 가격 떨어지자 배터리 셀 가격 또 하락

배터리 원자재 리튬 가격이 내려감에 따라 배터리 셀 가격도 하락세를 이어가고 있다. 6일(현지시간) 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 지난달 배터리 셀 가격은 전달 대비 2% 하락했다. 양극재와 코발트, 니켈, 특히 구리와 같은 배터리 금속 가격 하락이 맞물리며 배터리 원재료 비용이 내려가 배터리 셀 가격도 떨어졌다는 분석이다. 각형 삼원계와 리튬인산철(LFP) 그리고 파우치형 삼원계 배터리 셀 평균 가격(ASP)은 각각 와트시당 0.48위안과 0.41위안, 0.5위안이다. 에너지저장장치(ESS)용 배터리 가격은 더 크게 내려갔다. 지난 한 달 동안 ESS용 LFP 배터리 셀 가격은 9% 가량 감소해 와트시당 0.38위안으로 하락했다. 중국 탄산리튬 가격은 톤당 8만위안으로 떨어졌지만 여전한 공급 과잉으로 별로 감소하지 않았기 때문이다. 트렌드포스는 3분기에 탄산리튬 가격이 최저치를 기록할 것이라는 전망도 내놨다. 다만 트렌드포스는 "미국 등 해외 시장에서 관세 정책이 시행되면서 배터리 셀 제조 업체들이 리튬 재고를 늘리는 움직임이 본격화되고 있다"며 "리튬 가격 하락 추세는 지속되지만, 속도가 다소 둔화할 수 있다"고 관측했다.

2024.08.08 09:23류은주

엘앤에프 "투자 속도조절 필요...신사업은 계획대로 추진"

양극재 전문 기업인 엘앤에프가 전기차 수요 성장 정체(캐즘) 여파로 분기 실적 지속 악화를 겪고 있다. 단기간 실적 회복을 기대하기 어려운 만큼 투자 속도조절을 검토한다. 다만 미드니켈, 리튬인산철(LFP) 배터리 양극재 등 신사업에 필요한 투자는 당초 계획대로 추진할 계획이다. 엘앤에프는 2분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 이같은 방침을 밝혔다. 구체적인 생산능력(CAPA) 중장기 계획 조정안에 대해서는 좀 더 검토해 추후 발표하겠다고 했다. 회사는 올해 2분기 연결기준 잠정 실적으로 매출 5천548억원, 영업손실 842억원을 기록했다. 전년 동기 대비 매출은 59.4% 하락하고 영업이익과 순이익은 적자전환했다. 전분기에 비해 매출은 12.7% 감소하고 영업손실과 순손실 규모는 각각 58.7%, 33.4% 줄었다. 지난해 4분기부터 실적 악화가 지속되고 있다. 박남원 엘앤에프 전략기획부문장 상무는 “지속되는 수요 둔화에 대한 변곡점을 올 하반기 마련하고 싶으나 쉽지 않은 상황”이라며 “4분기 신제품이 출시되면 내년 상반기에는 판매량이 회복될 것으로 기대 중”이라고 했다. 이어 “고객사의 전기차 신규 모델 출시도 예정돼 있는데 이에 따른 물량 증가도 예상돼 실적에 좋은 영향을 줄 것으로 본다”면서도, “미국 주가 폭락과 대선 이슈, 중동 전쟁 등 여러 대외 변수로 시장 상황을 면밀히 주시하고 있다”고 덧붙였다. 양극재 판가는 시차를 두고 원재료인 메탈 가격과 연동된다. 메탈 가격이 하락세를 나타내면 메탈은 보다 비싼 가격에 매입하고, 메탈로 만든 양극재는 제값보다 저렴하게 팔아야 한다. 예상과 달리 2분기 메탈 가격이 재차 하락세를 띄면서 엘앤에프도 실적에 타격을 입었다. 박남원 상무는 “리튬 가격이 급락하고 있지 않고, 현재 보유한 재고로 제품을 생산해 판매함에 따라 1분기에는 800억원대 재고평가손실이 발생했지만 2분기에는 500억원대 환입이 발생했다”며 “3분기와 하반기는 리튬 시세 추가 하락 및 내년 물량 대응을 위해 보유량 증대 가능성이 있어 재고평가손실 추가 발생 가능성이 있다”고 예상했다. 회사는 연내 신사업 투자 등에 필요한 자금 확보에 나설 계획이다. 박 상무는 “대규모 유상증자는 검토하고 있지 않고, 증권가를 통한 자본 확충 방법을 늦어도 연말까지 실행할 예정”이라며 “최근 전기차와 배터리 산업이 다소 위축됐지만 국책은행과 산업부가 적극적으로 금융지원을 해주고 있다”고 했다. 엘앤에프는 신사업 준비 현황도 공유했다. LS그룹과 합작해 추진 중인 전구체 사업의 경우 탈중국 공급망을 구축한 이점을 인정받고 있다고 강조했다. 내년 1분기 공장을 준공한 뒤 2분기는 고객사에 제출할 샘플 생산에 나설 계획이다. 음극재와 리튬 톨링 사업은 수직 계열화로 수익성을 강화하는 데 초점을 두고 있다. 박 상무는 “시장 환경에 따라 속도 조절하기보다는 원재료 공급망과 수익성 검증, 파트너사와의 협의가 완료되는 대로 즉시 사업화에 나설 계획”이라고 첨언했다. 시장 비중이 지속 확대되는 리튬인산철(LFP) 배터리용 양극재에 대해선 충진밀도 2.5 이상 제품 개발을 마쳤고, 2.6 수준 제품 개발을 진행하고 있다. 엘앤에프는 LFP 양극재 파일럿 라인을 구축하고 고객사 테스트를 받고 있다. 공급망 단에서는 고객사 요구에 따라 향후 미국 인플레이션감축법(IRA) 등에 따른 문제가 발생하지 않도록 FTA 국가를 통한 수급을 추진 중이다. 반면 주요 제품으로 그 동안 에너지저장장치(ESS)에 쓰였던 니켈코발트망간(NCM) 523 양극재 수요는 큰 폭으로 줄어듦에 따라 향후 사업 방향성을 검토하고 있다. 이병희 엘앤에프 최고운영책임자(COO) 사장은 “하반기 ESS 물량이 큰 폭으로 추가 하락할 것으로 예상되는 상황”이라며 “산업용 ESS에서 LFP로의 전환 움직임이 커지고 있는데, 향후 자동차용 ESS나 프리미엄 분야 다수를 살펴보고 있고, 방향성에 대해 계속 고민을 해야 될 것”이라고 언급했다.

2024.08.06 18:55김윤희

삼성SDI 이어 LG엔솔도 잰걸음…전고체 배터리 경쟁 가속

차세대 고성능 전기차 배터리로 주목받는 전고체 배터리를 두고 일찍이 양산 계획을 밝힌 삼성SDI에 이어, LG에너지솔루션도 2030년 이전 개발 완료를 목표로 하는 등 국내 배터리셀 기업 간 경쟁이 가속화하고 있다. 양사는 23일 서울 강남구 과학기술회관에서 열린 'SNE 배터리 데이 2024'에서 차세대 배터리 개발 방향에 대해 이같이 밝혔다. 배터리 핵심 공급처인 전기차 시장이 최근 수요 정체(캐즘)를 겪고 있어, 보다 긴 주행 거리를 보장하고 가격도 보다 저렴한 전기차 배터리가 요구되고 있는 상황이다. LG에너지솔루션과 삼성SDI도 이런 환경을 고려해 차세대 배터리 포트폴리오를 준비 중이다. 전고체 배터리는 고사양 전기차를 위한 제품으로 개발 중이다. 중국 기업의 주력 제품인 리튬인산철(LFP) 배터리보다 높은 성능의 보급형 배터리 개발 계획도 세웠다. 중저가 배터리 시장을 되찾겠다는 의지다. 최근 전기차 업체들이 보급형 모델에 눈을 돌리면서 배터리 시장 주도권도 이에 맞는 LFP 배터리를 제공하는 중국 업체 쪽으로 많이 기울어졌다. 공정 단계 측면에선 공통적으로 건식 전극을 핵심 기술로 연구하고 있다. 기술의 난이도가 높지만 차세대 배터리에 적용할 경우 원가도 절감하고, 보다 고성능을 구현할 것으로 기대했다. ■LG엔솔 “2030년 이전 차세대 배터리 개발…'전고체' 기술력도 업계 앞서” 이날 연사로 나선 정근창 LG에너지솔루션 미래기술센터 부사장은 “리튬이온전지를 지속 개량함과 동시에 차세대 배터리 기술을 개발하고 있다”며 “고성능 부문은 황화물계 배터리로, 평균~하위 부문은 LFP와 리튬인산망간철리튬(LMFP) 배터리를 활용하면서 반고체 바이폴라 배터리로 가격 경쟁력을 강화해나갈 것”이라고 언급했다. 현재 개발 중인 차세대 배터리들은 적어도 2030년 이전에 개발을 마칠 것으로 전망했다. LG에너지솔루션은 지난 10여년간 차세대 배터리로 리튬황배터리를 개발해왔다. 정근창 부사장은 “시험 단에선 가장 우수한 성능과 수명을 기록했지만 범용화하는 데에는 어려움을 겪고 있다”면서도 “황은 가격이 저렴하면서도 에너지를 많이 담을 수 있어 시장에서 승산 있는 제품이 될 것”이라고 소개했다. 현 기술 수준에선 500Wh/kg 수준까지 에너지 밀도를 높였다. 정 부사장은 “안전성 문제가 고민인데, 고고도 무인기 활용 사례에 한해선 꽤 검증된 제품 설계를 가지고 있다”며 “리튬황 배터리를 처음 출시하고 활용 경험을 쌓아나가는 데 적절한 사례가 될 것”이라고 기대했다. 장기적으로는 항공 모빌리티에 활용할 만한 고에너지·고출력 특성을 지닌 배터리로도 활용하게 될 것으로 전망했다. 이를 위한 에너지 밀도와 출력 성능은 어느 정도 구현했고, 배터리 수명을 늘리는 데 기술 개발을 집중하고 있다. 전고체 배터리에 대해선 이전보다 기술력에 있어 자신감을 내비쳤다. 지난 3월만 해도 “보수적 관점에서 개발하고 있어 양산 시점이 늦어지고 있다”고 밝힌 데 비해 보다 긍정적으로 뉘앙스가 바뀌었다. 정 부사장은 전고체 배터리에 대해 “건식 전극 공정을 활용한 개발 단에선 가장 앞선 단계라고 생각한다”며 “높은 이온 전도도를 가진 조성물을 갖고 있고, 독자적인 나노 코팅으로 양극재를 보호하는 기술로 저항을 줄이고 수명을 늘릴 수 있다”고 강조했다. 활용 사례로는 고성능 전기차와 선박을 들었다. 높은 에너지 밀도가 강점인 리튬메탈전지도 개발 중이다. 정 부사장은 “성능은 어느 정도 구현이 되지만, 내구성을 높이는 것이 어려운 부분”이라며 “대부분의 리튬 전지 공정을 활용해 제품을 생산할 수 있는 것이 장점으로, 소형 모빌리티와 초소형 기기에서 활용 경험을 쌓은 뒤 자율주행차량 등 대규모 시장에 진입할 계획”이라고 했다. 바이폴라 배터리는 팩 구조를 단순화해 원가 경쟁력을 높일 제품으로 개발되고 있다. 정 부사장은 “건식 전극 공정을 활용하고 반고체 전해질을 활용하는 것이 특징”이라며 “상당히 어려움이 많지만 구현이 되면 중국산 배터리와 경쟁이 가능할 것”이라고 언급했다. ■ 삼성SDI “전고체 배터리 기술 검증 끝나…샘플 평가 매우 긍정적” 삼성SDI는 그 동안 하이니켈 니켈코발트알루미늄(NCA) 배터리 등 고사양 배터리 위주로 양산해왔다. 지난해부터는 전기차 시장 변화를 고려해 미드니켈 배터리, 코발트가 빠진 NMX 배터리, 기존 LFP 배터리보다 에너지 밀도를 높인 LFP+ 배터리 등 보급형 제품으로 포트폴리오 확장을 준비하고 있다. 폼팩터 차원에선 최근 수요가 확대될 것으로 전망되는 '46파이(지름 46mm)' 원통형 배터리 개발 현황을 소개했다. 고주영 삼성SDI 부사장은 이와 관련해 “올해 양산 준비를 완료해 고객 상황에 따라 양산 시점을 조율할 것”이라며 “다양한 고객 수요에 대응하는 측면에서 지름 외 높이는 다양하게 생산하려 한다”고 했다. LG에너지솔루션과 마찬가지로 건식 전극 공정도 개발 중이다. 고 부사장은 “스태킹은 와인딩 대비 속도가 느린 것이 단점이었는데, 이를 보완하고자 고속 스태킹 기술을 개발 중”이라고 언급했다. 회사는 차세대 배터리 중 고사양 제품으로 전고체 배터리를 개발 중이다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용해 배터리 폭발과 화재 위험성을 크게 줄이면서도 에너지 밀도를 크게 높일 수 있는 '꿈의 배터리'로 불린다. 단 현재로선 양산 계획을 언급한 기업이 삼성SDI 외에 없다. 때문에 업계에선 양산 가능성에 대해 의구심을 품는 시선도 존재한다. 고 부사장은 전고체 배터리 기술이 사업화를 점칠 정도로 고도화됐다고 밝혔다. 고 부사장은 “삼성종합기술원(SAIT) 단에서 새로운 기술 개발을 진행하고, 어느 정도 발전이 이뤄지면 R&D 센터에서 해당 기술을 플랫폼화한 뒤 사업적으로 활용할 기술들이 회사 사업부서개발팀으로 이관된다”며 “현재 소듐 전고체 배터리, 산화물계 반고체 배터리는 SAIT 단에서 연구되고 있고 반고체 배터리와 리튬 이온 배터리, 리튬황 배터리는 R&D센터에서 연구를 진행 중”이라고 설명했다. 전고체 배터리는 이런 기술적 검증을 다 마친 단계에 이르렀다는 것이다. 고 부사장은 “샘플에 대한 고객 평가가 매우 긍정적”이라며 “하이니켈 배터리의 에너지 밀도를 더 높이는 건 이론적으로는 가능하나 안전성 문제로 한계가 있는데, 전해질을 액체에서 고체로 바꾸면서 안전성을 높이고, 전기차 개발 자유도도 올라갈 수 있다”고 강조했다. 고 부사장은 “지난해 미국 보스턴과 중국 상하이, 독일 뮌헨에 연구소를 개설하고 각지 유명 대학과 산학 협업하고 있다”며 “차세대 배터리 개발 속도를 높이기 위한 것”이라고 했다. 2027년 양산될 전고체 배터리의 폼팩터는 정해지지 않았다. 단 고 부사장은 “화재 안전성을 고려하면 궁극적으로는 각형으로 가게 될 것”이라며 “각형으로 배터리를 구축하는 데 필요한 가압 기술을 개발했고, 자동차 기업들과 2027년 제품 탑재 여부를 논의하고 있는 것”이라고 첨언했다.

2024.07.23 16:31김윤희

아리셀 화재 한 달…"리튬전지 폭발, '화학사고'로 관리해야"

31명의 사상자를 낸 경기도 화성 아리셀 공장 화재 이후 리튬전지 폭발 사고 재발을 막기 위해 '화학 사고'로 취급하는 등 보다 세심한 관리가 필요하다는 제안이 나왔다. 22일 국회에서 열린 '아리셀 중대재해 참사의 원인과 재발 방지 대책 긴급토론회'에서는 리튬 전지 산업 현장에서 폭발 사고 방지를 위한 다양한 대책들이 제시됐다. 이날 현장 증언자로 나선 정기백 금속노조 삼성SDI 천안지회 사무장은 “노동자가 주관하고 추진하는 민간 합동 안전 복원 활동과 배터리 사업 분야의 자격 심사 강화, 위험물 취급 사업장 하도급 금지 등의 법제화가 필요하다”고 제안했다. 이윤을 우선시하는 기업 특성을 고려할 때 이처럼 산업 현장 안전 강화 과정에서 노동자가 주도권을 갖는 제도 마련이 중요하다고 특히 강조했다. 아리셀 화재의 경우 별도의 개별 소화 장비가 갖춰진 안전한 장소에서 취급되지 않은 점을 지적했다. 또한 직원들이 배터리가 적재된 트레이를 맨손으로 만지고, 방독면을 쓰지 않는 등 외국인 직원들을 대상으로 충분한 안전보건 활동이 이뤄졌는지 의심스러운 정황 등이 발견된 점을 고려하면 예견된 참사였다고 비판했다. 현재순 화섬식품노조 노동안전보건실장은 이날 전지산업 화학물질 안전관리 법제 개선안을 발표했다. 현재순 실장은 “보통 배터리 분리막 결함으로 양·음극이 접촉돼 화재가 발생하고, 열 폭주로 피해 규모가 커진다”며 “화재 과정에서 유해한 화학물질이 나오고, 물과 접촉하면 연쇄 폭발이 나타나는 특성을 지닌 산업”이라고 설명했다. 리튬 배터리 화재 시 발생하는 염화수소, 이산화염소 등 인체와 환경에 독성으로 작용하고 폭발성이 강한 물질들은 정부가 규정한 '화학사고 대비물질'에 포함돼 있지만, 리튬은 여기에 포함돼 있지 않다고도 지적했다. 현 실장은 “폐배터리 업체에 의한 화재 폭발 위험도 상당한 만큼 배터리 보관, 사용, 폐기 전 과정에서의 위험성이 크다고 볼 수 있다”며 “향후 이차전지 산업이 10년 내 8배 가량 성장할 것으로 전망되는 만큼 법적 안전조치를 강화할 필요가 있다”고 주장했다. 먼저 산업안전보건법 상 리튬은 위험물질로 규정돼 있으나, 관련 안전보건 규칙이 현장에서 잘 지켜지지 않는 점을 지적했다. 관련 처벌 규정도 있지만 대기업이 아닌 경우 대부분 위험성 평가 자료 제출 과정이 형식적으로 진행되고 있다는 것이다. 이런 문제 해결을 위해 공정안전관리(PSM) 제출 대상 업종에 일·이차전지 업체 26곳을 포함하는 방안을 제안했다. 현 실장은 “PSM이 현장에서 비교적 운영이 잘 되고 있는 제도이기 때문에 제안하는 것”이라고 덧붙였다. 위험 외주화 방지 차원에선 도급 금지 조항에 리튬 전지 제조 산업을 추가할 것을 제안했다. 화학물질관리법 상 사고대비물질에 리튬을 포함해 관리하는 방안도 제시했다. 현 실장은 “사고대비물질에 대해 사업주와 지자체가 의무적으로 화학사고 예방관리 계획을 수립하게 돼 있다”며 “노사, 민간이 참여하는 지역 조직을 구성해 사업장에 들어가 이행 점검을 해야 한다는 법제화가 필요하다”고 했다. 대기업 현장에 도입돼 있는 인랙 스프링클러 등 화재 초기 진압 장비 설치 확산도 대응책으로 언급했다.

2024.07.22 16:18김윤희

GIST-현대차, 리튬 배터리 '폭발' 해결...성능은 2배 ↑

국내 연구진이 리튬금속전지의 고질적인 배부름(스웰링)과 폭발 현상을 해결할 수 있는 방법을 찾았다. 전지 성능도 2배 이상 개선했다. 광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 신소재공학부 엄광섭 교수팀이 현대자동차 배터리연구팀과 함께 고에너지 리튬금속전지의 고질적인 부피팽창 문제를 해결하고, 충방전 내구성을 향상시키는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 리튬 음극 소재를 흑연에서 리튬 금속으로 대체한 리튬금속전지는 이론적으로 리튬이온전지 대비 10배 더 높은 음극 용량을 구현할 수 있다. 그러나 리튬금속전지는 충·방전이 계속되면 리튬 수지상 결정이 성장하면서 분리막을 뚫고 나와 전지 단락 및 리튬 도금을 일으키고, 부피 팽창과 함께 배터리가 부풀어 오른다. 내부 압력이 증가하면서 폭발 위험도 발생한다. 리튬수지상결정은 충전과정에서 리튬이 도금반응을 일으켜 뾰족한 수지상 결정 모양으로 성장하는데, 이를 나뭇가지처럼 뾰족한 모양이라고 해서 덴드라이트라고 부른다. 연구팀은 우선 후라이팬 코팅제 등으로 쓰이는 폴리테트라플루오로 에틸렌(Polytetrafluoro ethylene)으로 다공성 구조를 설계했다. 간단한 자가-고분자화 반응을 통해 3차원 구조체 표면에 폴리도파민(Polydopamine)을 코팅했다. 폴리도파민은 홍합에서 유래한 접착제의 일종이다. 연구팀은 "이 구조체를 리튬금속 음극으로 활용한 결과, 기존의 구리 대비 2배 이상의 에너지 밀도와 2배 정도의 수명을 갖는 리튬금속전지를 만드는 데 성공했다"고 밝혔다. 기존의 구리 집전체는 60회 충·방전 사이클부터는 발현 용량이 거의 0에 가깝다. 반면 새로 개발한 3차원 고분자 구조체를 도입한 리튬금속 음극은 75회 충·방전 사이클 이상에서도 초기 용량 대비 90% 이상의 안정적인 성능을 보였다. 특히, 고분자 구조체를 활용한 연구팀의 NCM(니켈·코발트·망간) 양극 기반 리튬금속전지는 기존 리튬이온전지보다 2배 이상 큰 최대 801 Wh/L의 방전 기준 에너지 밀도를 보였다는 것이 연구팀의 설명이다. 조진현 신소재공학과 석박사통합과정생(4년차, 논문 제1저자)은 "자가-고분자화 과정을 통해 간단히 고분자 코팅을 할 수 있다"며 "모든 종류의 다공성 구조체에 적용시킬 수 있을 것"으로 기대했다. 엄광섭 교수는 “충·방전 동안에 일어나는 불균형한 돌기 형성과 그로 인한 부피 팽창 문제를 해결할 수 있는 새로운 대안을 제시한 것"이라고 말했다. 연구는 현대엔지비(NGV)를 비롯한 한국연구재단, GIST 중앙기기연구센터(GAIA)의 지원을 받았다. 연구 성과는 화학공학 분야 국제 학술지 '화학 공학 저널(Chemical Engineering Journal) 온라인(6월22일자)에 게재됐다.

2024.07.16 14:39박희범

포스코, 2026년까지 '이차전지 소재' 매출 11조 목표

포스코그룹이 오는 2026년까지 이차전지 소재 사업으로 매출 11조원을 달성하는 등 사업을 고도화할 계획이다. 포스코홀딩스는 지난 12일 '제3회 포스코그룹 이차전지소재사업 밸류데이'에서 이같은 내용을 포함한 이차전지 소재 사업 고도화 전략을 밝혔다. 이날 김준형 포스코홀딩스 이차전지소재총괄 부사장은 이번 전략을 소개했다. 전략에는 ▲'풀 밸류체인' 완성 ▲사업 경쟁력 강화 ▲차세대전지 소재 시장 선점으로 캐즘을 돌파한다는 내용이 담겼다. 시장 성장 둔화(캐즘) 시기를 적극 활용해 우량 자원 확보와 효율적인 양산 체계 구축 등 근원경쟁력을 강화해 글로벌 상위권 원료·소재 기업으로 도약한다는 목표다. 올해는 포스코그룹이 보유한 이차전지 소재 모든 공급 체계를 본격 가동하는 원년으로, 풀 밸류체인 완성을 통해 고객 맞춤형 통합 솔루션을 제공한다. 포스코그룹은 철강 사업의 노하우를 그룹 이차전지 소재 사업에도 공유해 운영 및 조업 경쟁력을 키울 계획이다. 미래기술연구원-포스텍-포스코퓨처엠과 연계한 산학연 역량을 총 동원한 그룹 시너지를 창출해 이차전지 소재 사업 성장을 본격 견인한다는 방침이다 사업 경쟁력 강화를 위해서 포스코그룹은 캐즘을 기회로 염호, 광산 등 리튬 우량 자원을 확보한다. 글로벌 무역 규제에 대비해 국내에서 제련과 정제를 마친 미국 인플레이션감축법(IRA) 적격 니켈 제품을 생산한다는 전략도 세웠다. 양극재는 고객 다변화와 제품 포트폴리오 다각화를, 음극재는 IRA 적격 및 비(非)해외우려집단(FEOC) 생산 기업으로서 천연, 인조, 실리콘계 등 음극재 라인업을 강화한다. 포스코그룹은 이차전지 소재 사업 투자를 지속해 2026년까지 리튬 9만6천톤, 니켈 4만8천톤, 양극재 39만5천톤, 음극재는 11만4천톤까지 확대하는 것을 목표로 잡았다. 차세대전지 소재 시장 선점을 위해선 고객사 전고체 전지 상용화 계획과 연계해 전고체 전지 3대 요소인 양극재, 고체전해질, 리튬메탈 음극재를 모두 공급할 계획이다. 홍영준 이차전지소재연구소장 부사장은 글로벌 이차전지 소재 및 자동차사들의 차세대 전지 개발 현황과 그룹에서 주목하고 있는 차세대 소재, 미래 경쟁력 강화를 위한 특허 확보 등 개발 전략을 발표했다. 포스코그룹은 철강, 이차전지와 신소재를 축으로 오는 2030년 시가총액 200조원을 목표로 소재 분야 글로벌 최고 기업가치를 달성하겠다고 밝힌 바 있다.

2024.07.13 11:23김윤희

광물채굴·배터리 업계 시름…"리튬 가격 더 떨어질 것"

리튬 가격이 하락하면서 광물 채굴 업계, 리튬 시세에 따라 판가가 좌우되는 배터리 업황이 악화되고 있다. 배경을 보면 추가 하락 가능성이 점쳐져 하반기에도 업계 불황이 장기화될 전망이다. 한국자원정보서비스(KOMIS)에 따르면 11일 현재 탄산리튬 가격은 ㎏당 87.5위안(약 1만7천원)로 나타나고 있다. 이는 연초 시세와 비슷한 수준이다. 연초 업계는 리튬 가격이 최저점을 찍었고, 점진적으로 상승할 것으로 전망했다. 전방 산업인 전기차 시장이 올 하반기 이후 점차 회복될 것이라는 기대 때문이었다. 실제로 1분기까지는 리튬 가격이 완만하게 상승하면서 당분간 가격 하락이 없을 것이란 전망도 나왔다. 그러나 2분기 들어 다시 가격이 하락했다. 지난해 시작된 리튬 가격 하락은 전기차 시장이 냉각되면서 배터리 재고가 늘고 이에 따라 원자재 수요가 감소해서였다. 올해 들어서는 중국발 리튬 공급 과잉이 진정 양상을 보인 것으로 분석됐다. 리튬 가격이 다시 하락한 배경으로는 중국발 공급 과잉이 재차 심화됐기 때문으로 풀이된다. 특히 중국 전기차 시장은 '이구환신' 정책으로 자국 기업들의 성장세가 두드러짐에도 리튬 공급 과잉이 재발된 점이 눈길을 끈다. 중국 정부에 따르면 올 상반기 '신에너지차' 439만7천여대가 등록됐다. 전년 동기 대비 약 39% 늘어난 수치다. 신에너지차는 순수 전기차를 비롯해 하이브리드차, 수소차 등이 포함되는데 이 중 약 73%가 전기차에 해당한다. 정부가 정책적으로 전기차 시장 활성화에 나서자 수요 확대를 예상한 업체들이 공급량을 늘린 것으로 분석된다. 실제 미래에셋증권은 지난 8일 보고서를 내고 “중국 내수에서 주요 메탈 가격의 하락이 가속화됐다”며 “중국 탄산리튬 가격은 6월부터 7월 5일까지 12.4% 하락했다”고 짚었다. 보고서는 또 “전체적인 전방 수요 부진이 지속되고 있는 상황에서 미국&유럽과 중국 간 공급망 교란이 가속화되며 중국 내수 중심으로 원가 열위 제품들이 시장의 공급 과잉을 심화시키고 있는 것으로 판단한다”고 분석했다. 북미산 리튬과 중국산 리튬 간 가격 차도 계속 벌어졌다. 리튬 가격 하락에 따라 채굴 업체들의 수익성도 악화됐다. 지난 25일 호주 리튬 회사 레이크리소스는 비용 절감 차원에서 인력 감축과 리튬 매장 부동산 매각을 추진 중이라고 밝혔다. 닛케이아시아에 따르면 중국 기업인 천제리튬과 간펑리튬은 상반기 영업적자를 기록했다. 보도에 따르면 천제리튬은 상반기 순손실 규모를 48억8천만~55억3천만 위안(약 9천185억~1조473억원) 수준으로 예상했다. 같은 기간 간펑리튬의 예상 순손실 규모는 7억6천만~12억5천만 위안(약 1천439억~2천367억원)다. 리튬 시세 하락을 주 원인으로 꼽았다. 당분간 전기차 등 수요 증가가 더뎌 리튬 시세도 반등하기 쉽지 않을 것으로 전망됐다. 더 나아가 추가 하락 예상도 나왔다. 시장조사업체 트렌드포스는 지난달 탄산리튬 톤당 가격이 연중 최저치인 9만 위안 대로 떨어졌다고 지난 8일 발표했다. 배터리 재고가 쌓이면서 원자재 수요가 줄었다고 봤다. 아울러 이달에도 리튬 가격이 8만~9만 위안 대로 하락하는 등 수요가 약세를 띨 것으로 전망했다. 공급이 일부 위축됐음에도 공급 과잉이 지속될 것으로 분석했다. 결과적으로 리튬 가격 하락이 이어질 것으로 보이는 만큼, 수요도 살아나기 힘들어지고 있다. 고객사들이 비용 절감을 위해 가능한 한 리튬 매입 시점을 늦추기 때문이다. 리튬 가격과 판가가 연동되는 배터리, 양극재 업계도 비슷한 영향을 받게 된다. 트렌드포스는 전기차와 ESS 배터리셀 가격이 3분기 초 하락 압력에 직면할 것으로 예상했다.

2024.07.12 14:46김윤희

"K배터리, 2035년 글로벌 생산량 20% 차지할 것"

전세계 리튬이온배터리(LIB) 생산 능력이 오는 2035년 5천695GWh까지 성장할 전망이다. LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 한국 배터리 3사가 이 중 약 20%를 차지할 것으로 예상됐다, 이차전지 시장조사 업체 SNE리서치는 27일 '2024 글로벌 LIB 라인 신설 및 증설 전망' 보고서에 이같은 내용을 담았다. 보고서에 따르면 올해부터 2035년까지의 연 평균 LIB 생산능력 성장률은 약 10% 수준이다. 해당 집계는 전기차와 에너지저장장치(ESS)용 중대형, IT용 소형 배터리를 포함한 수치다. 한국 배터리 3사는 2035년까지 1천159GWh의 생산능력을 갖출 것으로 점쳐졌다. 보고서는 국내 3사의 생산 기지는 대부분 북미와 유럽에 위치해 있고, 2035년 기준 각각 628GWh, 305GWh에 도달할 것으로 전망했다. 특히 2035년까지 북미 지역 내 생산능력은 한국기업이 58%를 차지할 것으로 봤다. 지역별 생산능력은 2035년 중국 3천93GWh, 북미 1천84GWh, 유럽 1천174GWh에 도달할 것으로 예상됐다. 중국은 2035년 기준 CATL, BYD, CALB 등 상위 기업 3곳이 전체 중국업체 생산능력의 절반을 차지할 것으로 예상됐다. 공급 과잉으로 향후 상위 업체 위주로 배터리 산업이 재편성될 수 있다는 관측도 내놨다. 북미 지역은 전기차 시장 둔화로 공장 가동과 증설이 지연되고 있으며, 유럽 지역도 공장 건설 철회 소식이 계속 보도되고 있는 것에 주목했다. SNE리서치 관계자는 “LIB 제조업체들의 공격적인 증설로 인해 공급 과잉이 발생하지만 장기적으로는 공급의 성장 폭이 둔화되고 수요는 꾸준히 증가해 이상적인 수급을 형성할 것”이라고 전했다.

2024.06.27 10:12김윤희

"열폭주 시작되면 이미 늦어"...리튬 배터리 화재 대응 어떻게?

국내 리튬 배터리 공장에서 발생한 화재로 대규모 사상자가 발생하자, 배터리 열폭주에 경각심이 다시 커지고 있다. 리튬전지 특성상 화재가 일단 발생하면 전소될 때까지 기다려야 하기 때문에 진화가 쉽지 않아 대형 화재로 이어질 수 있다. 어제(24일) 오전 발생한 사고도 가열되면 폭발·연소하는 금속물질 리튬의 특성인 '열폭주' 현상 때문이란 분석이 나오고 있다. 25일 소방당국에 따르면 경기도 화성 소재 아리셀 공장 화재는 건물 2층에 있던 리튬 배터리가 폭발하면서 발생한 것으로 추정된다. 아리셀은 스마트 그리드(지능형 전력망) 계량기 등에 사용하는 리튬 일차전지를 제조·판매하는 업체로 알려졌다. 불이 난 공장 3동에는 리튬 배터리 완제품 3만 5천여 개가 보관 중인 것으로 파악됐다. ■ 리튬 전지 화재 원인 '열폭주' 파괴력 리튬 배터리 열폭주 현상은 물리적 충격, 과전압, 과방전 등 전기적 충격이 원인으로 꼽힌다. 배터리는 양극·음극·분리막·전해액 등으로 구성되는데 분리막이 손상되면 양극과 음극이 접촉해 과열 현상이 발생하기 때문이다. 열폭주 현상이 일어나면 배터리 온도가 불과 몇 초 만에 400도, 몇 분 만에 1천도 이상 폭증하고 꺼진 불이 다시 살아나기도 한다. 보통 패키징된 배터리 속 리튬 일차전지는 화재 위험성이 낮다. 하지만 배터리에 손상이 가해진다거나 하면 얘기가 달라진다. 리튬은 공기와 열에 반응성이 높아, 높은 온도에 노출되거나 수증기와 접촉하면 폭발 위험이 있기 때문이다. 하지만 일차전지는 이차전지보다 상대적으로 화재 위험성이 작은 것으로 여겨져 '일반화학물질'로 분류돼 별도의 대응 매뉴얼이나 안전기준도 없는 상태다. ■ "열폭주 일어나면 이미 늦어…열 감지 시스템 등 필요" 리튬 전지 화재는 물이 아닌 마른 모래와 팽창질석·팽창진주암을 사용해 차단해야 한다. 하지만 이마저도 응급처치일 뿐 완전한 진압을 보장하지 않는다. 초기 진압에 실패해 이미 불이 커진 상황에서는 사실상 화재 진압이 불가능하다. 재난관리 전문가는 대규모 피해를 막기 위해서는 화재가 일어난 후에 필요한 진화 물질을 내부에 구비하는 것보다 열폭주를 사전에 감지하는 시스템을 갖추는 것이 더 필요하다고 제언했다. 남기훈 창신대 소방방재공학과 교수는 "리튬 배터리 화재는 명확하게 어떤 소화 약제를 써야 하고, 어떤 방재 시스템을 갖춰야 하는지에 대한 연구가 아직 덜 된 상황"이라며 "이차전지는 상대적으로 전기차와 에너지저장장치(ESS) 관련 연구가 많이 돼서 소화시스템도 개발되고 했지만, 일차전지는 연구는 아직 부족하다"고 지적했다. 이어 "공장에 마른 모래나 팽창질석 등을 많이 구비한다 해도 그걸 뿌린다고 불이 꺼지는 것이 아니며, 열폭주는 일반적인 열감지기나 연기감지기만으로는 예방할 수 없다"며 "열 변화를 감지할 수 있는 열화상 카메라나 센서 등을 개발하고, 그 안에서 미리 열을 식힐 수 있는 소화 약제를 분출하고 연기를 배출할 수 있는 시스템 등이 개발돼야 사람이 빨리 대피할 수 있다"고 강조했다. ■ 일차전지 화재지만, 이차전지 업계도 당혹 화재가 일어난 아리셀은 일차전지 공장으로 전기차 납품 제품을 생산하는 곳이 아니다. 일차전지는 충·방전을 반복해 여러 번 쓸 수 있는 이차전지와 달리 충전이 안 되는 대신 수명이 10년 정도 길다. 스마트미터기, 원격 검침기의 전원 등으로 주로 사용된다. 하지만 이차전지 업계도 상당수 배터리가 '리튬'이라는 금속을 사용해 전기차 화재 시 진압에 어려움이 있다는 문제를 안고 있다. 이차전지 기업들은 이번 화재에 조심스러운 반응을 보인다. 일차전지 공장서 발생한 화재지만 이차전지 화재 위험성 등이 부각될 수 있기 때문이다. 실제로 정부는 이날 '배터리 산업 현장 안전점검 TF'를 만들어 현장 점검에 나서기로 했다. 이번 화재가 발생한 리튬 일차전지 제조시설뿐만 아니라, 리튬 이차전지 제조시설, 리튬 배터리 ESS 제조시설, 사용 후 배터리 보관시설 등 리튬 배터리 관련 국내 핵심 사업장들을 포함할 예정이다. 이미 주요 기업들은 사업장에서 소화약제 분출과 일정 압력에 의해 연기를 빼내는 배연장치를 별도로 설치하는 등의 조처를 하고 있다. 이차전지 업계 한 관계자는 "일차전지 공장에서 발생한 화재지만, 이차전지 배터리 공장 화재 대응 관련 문의가 늘고 있다"며 "제조시설 화재는 매우 민감한 이슈이기 때문에 법으로 정해진 수준 이상으로 화재 예방 및 대응 시스템을 갖추고 있으며, 직원들에게도 소방 안전 관련 교육을 철저하게 하고 있다"고 말했다.

2024.06.25 16:52류은주

산업부-소방청, 리튬 배터리 산업 현장 안전점검

산업통상자원부는 25일 강경성 제1차관이 충남 당진에 소재한 비츠로셀 리튬 1차전지 제조시설을 방문해, 소방청·전기안전공사·가스안전공사 등 유관기관과 함께 현장 안전관리 상황에 대한 합동점검을 실시했다. 이날 현장 안전점검은 지난 24일 리튬 1차전지 제조시설 화재로 인명피해가 발생함에 따라, 관련 유사 사업장을 합동 방문·점검해 동일한 사고 발생을 사전 예방하기 위해 이뤄졌다. 강경성 산업부 1차관은 “리튬 전지는 화학적 특성상 한번 화재가 발생하면 진화가 쉽지 않은 만큼, 사전적인 안전관리가 그 무엇보다 중요하다”고 강조했다. 한편, 산업부는 유사 사업장 현장 안전점검과 상시 모니터링을 위해 산업부 제1차관을 단장으로 산업부 본부 및 국가기술표준원·소방청·배터리산업협회·전기안전공사 등 유관기관이 함께 참여하는 '배터리 산업 현장 안전점검 TF'를 구축 운영할 예정이다. 산업부는 배터리 산업 현장 안전점검 TF를 통해 리튬 배터리 산업 현장에 대한 집중 점검을 실시할 예정이다. 현장 점검 대상으로는 이번 화재가 발생한 리튬 1차전지 제조시설 뿐만 아니라, 리튬 2차전지 제조시설, 리튬 배터리 에너지저장장치(ESS) 제조시설, 사용후 배터리 보관시설 등 리튬 배터리 관련 국내 핵심 사업장들을 포함할 예정이다. 산업부는 리튬 배터리 산업 현장 안전점검을 시작으로 여름철 풍수해 등에 대비해 전기·가스·산업단지 등 산업 인프라 전반에 대한 종합 안전점검도 즉시 실시할 계획이다.

2024.06.25 15:14주문정

경기 화성 리튬전지 공장 화재…1명 심정지·21명 연락두절 추정

경기 화성시 소재 일차전지 기업 공장에서 화재가 발생해 다수의 인명 피해가 발생했다. 소방당국에 따르면 24일 오전 10시 31분 일차전지 제조업체 아리셀의 화성시 서신면 소재 공장 3동에서 화재가 발생해 현재까지 심정지 1명, 중상 1명, 경상 5명 등 인명 피해가 발생한 것으로 추정되고 있다. 이 곳에는 리튬이온 배터리 3만5천개가 있는 것으로 전해졌다. 공장 근로자 중 21명은 연락이 두절돼, 추가 인명 피해가 발생할 수 있는 상황이다. 아리셀은 금형 제조 기업 에스코넥의 리튬 일차전지 자회사로 지난해 매출 47억9천만원을 기록했다. 자동검침시스템(AMR)과 지능형전력계량시스템(AMI), 무선주파수인식(RFID), 의료장비, 군용장비, 각종 산업 제품을 납품하고 있다. 화재가 발생한 화성 공장은 연 면적 2천300여 제곱미터 규모 3층 건물이다. 이 건물에는 근로자 50여명이 상시 근무하는 것으로 알려졌다. 리튬이온 배터리는 특성상 과열, 과충전 등에 의한 화재 위험이 있고, 온도가 1천도 이상 올라가는 열 폭주 반응이 발생하기도 한다. 내부에서 계속 열이 발생해 한 번 배터리에서 발화가 시작되면 배터리를 물에 담그는 방식으로 진화하지 않고서는 진화가 어렵다.

2024.06.24 15:15김윤희

SK온, 전고체 배터리 소재 '고분자 전해질' 개발

SK온이 상온에서도 구동할 수 있는 리튬메탈 배터리용 고분자 전해질 공동개발에 성공했다. 고(故) 굿 이너프 텍사스대학교 교수 연구팀과 함께 이룬 성과다. 고체 배터리 성능 개선에 기여하고, 나아가 전고체 배터리 개발에도 속도를 높일 것으로 기대된다. SK온은 굿 이너프 교수의 제자인 하디 카니 교수 연구팀과 신규 고분자 전해질인 'SIPE(single-ion conducting polymer electrolyte)'를 개발했다고 16일 밝혔다. 굿 이너프 교수는 리튬이온 배터리 용량을 2배로 늘린 배터리 선구자다. 2019년 97세에 노벨화학상을 받아 최고령 노벨상 수상 기록도 세웠다. 2020년부터 SK온과 리튬메탈 배터리를 구현하기 위한 '고체 전해질' 공동 개발을 진행해왔다. 지난해 6월 별세 후 제자인 카니 교수가 연구팀을 이끌고 있다. 고분자 전해질은 가격이 저렴하고 제조가 용이해 차세대 고체 배터리 소재로 각광받는다. 하지만 산화물계, 황화물계에 비해 이온전도도가 낮아 70~80°C의 고온에서만 구동하는 점이 극복해야 할 과제 중 하나로 여겨진다. SIPE는 이온전도도와 리튬 이온 운반율을 개선해 이를 해결했다. 기존 고분자 전해질 대비 상온 이온전도도를 약 10배(1.1x10-4S/cm)까지 끌어올렸으며, 리튬 이온 운반율 역시 0.2에서 0.92로 5배 가까이 늘렸다. 상온 구동이 가능한 배경이다. 리튬이온 전도도와 리튬 이온 운반율이 높아지면 배터리 출력 및 충전 성능도 향상된다. 실제 실험 결과, SIPE를 적용한 배터리는 저속 충방전(0.1C) 대비 고속 충방전(2C) 시 배터리 방전 용량이 77%로 유지됐다. 충전 시 1C는 전지용량 100%까지 1시간에 충전하는 속도를 의미한다. 고체 전해질은 이온 전도도가 낮아 고속 충전 시 방전 용량 저하가 두드러지는데, 이를 최소화한 셈이다. 고체 전해질 계면 안정성을 높여 덴드라이트 형성을 억제했다. 덴드라이트는 충방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극을 오갈 때 음극 표면에 쌓이는 가지 모양의 결정체다. 배터리의 수명과 안전성을 저하시키는 원인 중 하나로 리튬메탈 배터리 상용화를 위한 숙제다. SIPE는 높은 기계적 내구성을 갖춰 대량 생산이 가능하며, 열적 안전성이 우수해 250℃ 이상 고온에도 견딜 수 있다. SK온은 차세대 복합계 고체 배터리에 적용할 경우 충전 속도와 저온 성능을 개선할 것으로 기대했다. 해당 연구는 전기화학 분야 학술지 '일렉트로케미컬 소사이어티'에 게재됐다. 김태경 SK온 차세대배터리센터장은 ”이번 연구 성과를 바탕으로 고분자 전해질을 적용한 고체 배터리 개발에 한층 속도를 높일 수 있을 것으로 기대한다”며 “SK온은 신규 소재 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대 배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나갈 것”이라고 말했다. SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발 중이다. 각각 2025년, 2026년 파일럿 시제품을 생산하고 2028년, 2029년에는 상용화 시제품을 생산한다는 목표다. 대전 배터리연구원에 건설 중인 황화물계 차세대 배터리 파일럿 플랜트는 내년 하반기 완공 예정이다.

2024.06.16 09:39김윤희

배터리 전극 단순 코팅했더니…전기차 급속충전 500회해도 성능 83.4% 유지

전기차 급속 충전을 1~2년 이상하면 성능이 뚝 떨어지는 문제를 국내 연구진이 음극재에 간단한 코팅만으로 해결했다. 한국전기연구원(KERI)은 전기소재공정연구센터 최정희 박사 연구팀이 한양대 이종원 교수팀, 경희대 박민식 교수팀과 공동으로 500회 급속 충전에도 83.4% 성능을 유지하는 공정 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 연구팀은 현재 500㎃h급 파우치 셀까지 성능을 검증했다. 향후 용량을 늘려 대면적 중대형 전지에도 적용할 계획이다. 이종원 교수는 "전기차 보급을 확대하는 데 가장 큰 걸림돌은 주행거리 향상과 안전성 확보, 급속 충전"이라며 "특히, 급속 충전을 위해 배터리 내부에 들어가는 전극 두께를 두껍게 만들면 열화 현상이 발생해 성능이 뚝 떨어진다"고 말했다. 연구팀은 이들 걸림돌 가운데 열화 문제를 리튬이온전지 음극(-) 극판 표면에 1㎛이하의 아주 작은 '산화알루미늄(Al₂O₃)' 입자를 부분 코팅하는 방법으로 해결했다. 산화알루미늄 장점은 가격이 저렴하다. 우수한 전기 절연성, 내열성, 화학적 안정성, 기계적 특성을 보유하고 있다. 이종원 교수는 "산화알루미늄 입자가 리튬이온전지 음극과 전해질 간 계면을 효과적으로 제어하고, 리튬 이온의 빠른 이동을 유도했다"며 "급속충전 시에도 리튬의 전착(충·방전이 불가능한 비가역적 리튬)을 막고, 리튬이온전지의 안정적인 충·방전 수명을 확보했다"고 설명했다. 이 교수는 "흑연 음극 표면을 처리하기 때문에 가역적인 리튬의 양 감소 없이, 고에너지밀도의 후막 전극에 대해 급속충전을 적용해도 안정적인 성능 구현이 가능하다"고 부연설명했다. 연구팀이 흑연 음극재에 산화알루미늄을 코팅한 뒤 성능을 검증한 결과 고에너지밀도의 음극 전극(4.4 ㎃h/㎠)이 500회 급속충전에도 83.4% 이상 잔류 용량비를 유지했다. 반면 기존 배터리는 용량 유지율이 500회 급속 충전시 55.9%로 떨어진다. 이종원 교수는 "그동안 국내외 연구진들은 열화 문제 해결 방법으로 전극 내부 활물질 소재에 집중해 왔다"며 "우린 간단한 코팅만으로 이문제를 해결하고 우리나라와 미국 특허도 확보했다"고 덧붙였다. 연구는 삼성미래기술육성사업 및 산업부 산업기술혁신사업(전기차 고출력 배터리 및 충전시스템 기술 개발)의 예산을 지원받아 수행했다.

2024.05.27 09:00박희범

LIB 음극재 시장, 10년 후 2.5배…"K-배터리 탈중국 시급"

중국 업체들이 독식중인 세계 리튬이온배터리(LIB) 음극재 시장에서 포스코퓨처엠이 고군분투 중이다. 23일 시장조사업체 SNE리서치 '2024년 리튬이온전지 음극재 기술현황 및 시장전망' 보고서에 따르면 LIB 음극재 시장은 지난해 160만톤(10조원)에서 2035년 390만톤(25조원)으로 성장할 것으로 전망된다. 음극재 시장이 2028~2029년까지 인조흑연(AG)을 중심으로 성장하겠지만, 2030년 이후부터는 현재 1~2% 비중을 차지하는 실리콘(Si) 음극재 비중이 7~10%로 확대할 것으로 관측했다. 현재 음극재 시장에서 중국 업체 점유율은 지난해 92.6%에 달한다. 지난 2021년(87.5%)보다 확대됐다. 그중에서도 BTR, 샨샨, 지첸 빅3 비중이 절반에 육박한다. 출하량 기준 1~9위까지가 모두 중국 업체고 한국의 포스코퓨처엠이 10위를 기록했다. 미국 정부가 최근 인플레이션 감축법(IRA)에 따른 전기차 보조금 지급요건 충족 여부를 판단할 배터리에 사용된 흑연에 대해서는 외국우려기업(FEOC)에서 조달해도 2026년 말까지 문제 삼지 않기로 하고 앞으로 2년간 '중국산 흑연'으로 만든 배터리를 허용했다. 하지만 리튬이차전지 음극재 시장은 아직까지도 중국업체 의존도가 90% 이상으로 배터리 소재 업계 탈중국 과제가 시급한 상황이다. 한국 배터리 3사는 중국산 흑연이 허용되는 2026년 말까지 호주, 북미 등의 업체와 손잡고 중국 외에서 흑연을 안정적으로 조달하는 체계를 구축하는 데 속도를 낼 계획이다. 포스코퓨처엠도 2030년까지 37만톤 규모 음극재 흑연을 생산한다는 계획이다. SNE리서치는 "향후 중국 외 흑연 음극재 공급망 확보와 차세대 전지(SIB나트륨전지, ASB전고체 전지)용 고용량 고성능의 Si 음극재와 리튬메탈 개발, 나트륨전지용 하드카본 음극재 등에 대한 기술 확보가 시장의 중요 게임체인저 역할을 할 것"이라고 전망했다.

2024.05.23 10:31류은주

리튬이온 배터리 시장, 2035년엔 5.6배 커진다

오는 2035년까지 리튬이온배터리(LIB) 총 수요량이 5.57TWh으로 늘어난다는 전망이 나왔다. 21일 이차전지 시장조사업체 SNE리서치는 '2024년 글로벌 LIB 애플리케이션별 중장기 전망' 보고서에 이같은 내용을 담았다. 보고서에 따르면 2035년 소형 IT기기와 친환경차(xEV), 에너지저장장치(ESS)향 LIB 수요는 5.57TWh로 전망됐다. 지난해 994GWh 대비 약 5.6배에 이르는 양이다. 연 평균 성장률로 환산 시 15.4% 수준이다. 애플리케이션별 수요로 봤을 때는 xEV가 4천760GWh로 85% 비중을 차지한다. 뒤이어 ESS향 LIB 수요가 618GWh로 11%를 자치할 전망이다. 소형 애플리케이션향 LIB 수요는 193GWh로 3% 비중을 차지할 것으로 예상됐다. 지난해 기준 애플리케이션별 수요량은 xEV 700GWh, ESS 185GWh, 소형 109GWh로, 비중은 각각 70%, 19%, 11%를 차지했다. 지난해부터 2035년까지 애플리케이션별 LIB 수요의 연평균 성장률 예상치는 xEV 17.3%, ESS 10.6%, 소형 4.9%다. SNE리서치 관계자는 “xEV는 플러그인하이브리드차(PHEV), 순수전기차(BEV) 기준 상용차 포함 2035년 약 7천495만대가 판매될 것으로 전망한다”며 “소형 LIB 시장은 소형 LIB 셀을 탑재하는 xEV와 ESS를 포함 시 2035년 1.3TWh의 수요가 발생할 것”이라고 말했다.

2024.05.21 10:50김윤희

소형 리튬이온 배터리 시장, 2035년 6배 커진다

오는 2035년 소형 리튬이온배터리(LIB) 수요가 1.3TWh로 확대될 전망이다. 가장 큰 비중을 차지한 수요처는 친환경자동차(xEV)로, 약 1TWh를 차지할 것으로 예상됐다. 20일 이차전지 시장조사업체 SNE리서치의 '2024년 글로벌 LIB 애플리케이션별 중장기 전망' 보고서에 따르면 2035년 소형 리튬이온이차전지(LIB)의 총 수요는 1천326.5GWh로 집계됐다. 상세 애플리케이션 별로 시장 규모를 비교하면 xEV향 LIB의 수요가 82.5%의 비중을 차지했다. xEV에는 원통형 셀을 적용한 제품들이 나오고 있다. 대표적인 경우로 테슬라의 제품들이 있고 파나소닉, LG에너지솔루션이 테슬라에 xEV향 소형 LIB를 납품 중이다. xEV 다음으로 많은 LIB 수요를 기록한 애플리케이션으로는 전동 모빌리티가 꼽혔다. 전기자전거와 2~3륜차를 포함한 전동 모빌리티 분야 LIB 수요는 2035년 약 80GWh에 달해 6%의 비중을 차지할 전망이다. 에너지저장장치(ESS)는 2035년 39GWh의 소형 LIB 수요를 요할 것으로 예상된다. 비중은 2.9%로 3위를 차지했다. ESS 역시 xEV와 같이 원통형 전지를 탑재한 제품이 출시되고 있다. 향후 소형 파우치 셀을 탑재한 모델도 등장할 예정이다. SNE리서치 관계자는 “스마트폰, 노트북 등 기존 IT 기기향 LIB 시장은 성장이 상대적으로 더딜 전망” 이라며 “2~3륜 시장 및 웨어러블 시장의 고성장과 이외에도 드론 등 새로운 애플리케이션의 등장을 통한 새로운 소형 LIB 시장 성장이 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

2024.05.20 10:55김윤희

산업부, '리튬 매장량 1위' 칠레와 광물 공급망 협력 논의

산업통상자원부는 15일(현지시간) 칠레 산티아고에서 광업부와 제5차 한-칠레 자원협력위원회를 개최하고 양국간 리튬 등 핵심 광물 공급망 협력 강화 방안을 논의했다. 칠레는 리튬 매장량이 930만톤으로 세계 1위(33.2%)이고, 지난해 4월 '국가리튬전략'을 발표해 국가 주도로 본격적인 리튬 개발·생산을 추진하고 있다. 우리나라에겐 배터리 등 첨단 산업 핵심 광물인 리튬 공급망 강화 측면에서 핵심 거점 협력 국가로 현재 LG엔솔, 삼성SDI 등 기업들이 탄산리튬을 수입하고 있다. 이번 제5차 자원협력위는 지난해 11월 APEC 정상회담을 계기로 양국이 리튬 관련 구체적인 협력 방안을 논의키로 합의함에 따른 후속 조치다. 양국의 핵심 광물 전략을 공유하고, 칠레의 광미(광물찌꺼기)에서 핵심 광물을 추출하는 재자원화 기술 개발 협력 및 친환경 리튬 추출 기술을 적용한 협력 등 한국 기업의 칠레 진출 기반을 다졌다. 산업부는 이번 자원협력위 계기에 LX인터, 포스코홀딩스 등 한국 기업과 SQM, ENAMI 등 칠레 핵심 광물 기업들이 한 자리에 모이는 한-칠레 민간기업 핵심 광물 협력 심포지엄도 개최했다. 양국 간 리튬 개발, 교역, 기술개발 등 다양한 협력 방안을 논의했고 관련 기업 간 긴밀한 네트워크를 구축하는 계기를 마련했다고 설명했다. 윤창현 자원산업정책국장(수석대표)은 칠레 광업부 장관을 예방하고, 다음달까지 정보요청절차(RFI)를 진행하는 칠레 정부의 리튬 염호 개발 입찰 등 우리 기업들의 주요 관심사항과 양국 간 핵심 광물 공급망 강화 방안을 논의했다. 윤창현 자원산업정책국장은 “이번 제5차 한-칠레 자원협력위 개최를 계기로 칠레와 핵심 광물 공급망 협력이 본격화됐다”며 “앞으로도 리튬 등 핵심 광물의 안정적 수급을 위해 칠레와 다양한 방면에서 자원 협력을 강화해 나가겠다”고 밝혔다.

2024.05.16 09:10김윤희

'카카오 대란 재발 없다'…전기안전公, 무정전전원장치 국가사업 수주

한국전기안전공사(대표 박지현)는 '대용량 고출력 무정전전원장치 위험성평가 및 안전기술 개발' 국가사업 주관기관으로 선정됐다고 17일 밝혔다. 전기안전공사 전기안전연구원은 지난 2022년 10월 15일 발생한 판교 데이터센터 무정전전원장치(UPS) 화재사고(카카오대란)를 계기로 안전사각지대에 방치된 리튬이온 배터리 기반 UPS 안전성 강화와 신뢰성 검증 기술 개발을 위해 올해 공고된 국가사업에 응모해 300억원(국비 200억, 민자 57억, 지방비 40억) 규모 연구개발사업을 수주했다. 이 사업은 대용량 UPS 안전성 평가 시스템을 구축하는 것으로 에너지 손실을 최소화해 세계 최초로 RE100 평가 시스템 구현하는 것을 목표로 잡았다. 전기안전공사는 안전한 전기사용 환경을 조성하고 지역 내 관련 산업 활성화를 이끌어 나갈 수 있는 연구개발에 집중 투자할 계획이다. 박지현 전기안전고사 사장은 “ESS를 포함해 연계설비 안전성을 복합적으로 평가하는 ESS 안전성 평가센터 실증설비와 연계해 세계 이차전지 안전산업을 선도하는 글로벌 메카로 성장시키겠다”고 말했다.

2024.04.17 16:48주문정

폰·노트북 배터리 수명 2배 늘리는 충전 기술 나왔다

스마트폰이나 노트북 등 전자제품에 탑재되는 리튬이온 배터리의 수명을 2배 가량 늘릴 수 있는 충전 기술이 개발됐다고 라이브사이언스, 기가진 등 외신들이 16일(현지시간) 보도했다. 이번에 개발된 기술은 일정한 전류를 흐르게 하는 '정전류'가 아닌 짧은 주기로 전류를 흐르다 말다 하는 파형의 '펄스 전류'를 사용해 리튬이온 배터리의 수명을 증가시킨다. 연구 결과는 지난 달 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스에 게재됐다. 리튬이온 배터리는 스마트폰에서 전기차까지 널리 사용되지만 시간이 지나면서 최대 충전용량이 저하되는 문제가 있었다. 노트북 제조사 레노버에 따르면, 노트북에 사용되는 대부분 배터리의 수명은 최대 5년, 약 300~500회의 충전 주기를 가진다. 독일 베를린 훔볼트 대학, 덴마크 올보 대학 연구진에 따르면, 현재 나와 있는 최첨단 리튬 이온 배터리의 경우 흑연 뿐 아니라 NMC532(니켈, 망간, 코발트로 구성)라는 화합물로 만들어진 전극을 탑재해 최대 8년의 수명을 가진다. 연구진은 정전류, 펄스 전류 방식으로 다양한 배터리를 충전하고 충전 용량을 측정했다. 연구 결과 정전류 방식보다 펄스 전류 충전 방식이 충전 주기 수를 기존 500번에서 1천 번 이상으로 늘리는 것으로 알려졌다. 정전류로 충전한 배터리는 1천 주기 충전 후 전체 용량의 37.8%밖에 사용할 수 없었지만 주파수 100Hz의 펄스 전류로 충전한 배터리는 1천 주기 충전 후에도 66.48%의 용량을 유지했고 2000Hz의 펄스 전류로 충전했을 때는 1천 주기를 넘어도 80% 이상의 성능을 유지한 채로 있었다고 연구진은 설명했다. 연구진들은 "이번 발견은 현재 리튬 이온 배터리의 충전 프로토콜을 최적화하고 미래 배터리 기술 발전을 위한 통찰력을 제공한다"고 밝혔다.

2024.04.17 14:52이정현

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