2차전지의 필수 요소 ‘리튬’의 중요성

IT 산업을 시작으로 ESS, 전기차까지 그 영역을 빠르게 넓혀가고 있는 배터리 시장은 탄소중립 사회로의 전환을 통해 더욱 빠르게 성장하고 있습다. AI, IoT, 웨어러블 기기(Wearable Device) 등 정보통신기기와 전기자동차 산업 분야 성장의 동력원으로 ‘이차전지’ 필요성이 점차 커지고 있다. 전 세계 기업들은 뚜렷한 성장세를 보이는 2차전지 시장에서 우위를 선점하고자 기술개발에 뛰어들고 있습니다.

이차전지의 유형

1차 전지는 일회용이며 재활용이 불가능한 건전지나 알칼리 전지 등입니다.
반면에 2차 전지는 충전이 가능하고 반복해서 사용할 수 있는 전지로, 니켈계나 리튬이온 배터리 등이 전기차, 스마트폰, 노트북의 배터리로 일반적으로 사용됩니다. 이러한 전지는 고용량, 경량화, 소형화된 리튬이온 전지가 일반적으로 사용됩니다.

2차 전지는 1차 전지와 달리 방전되더라도 충전을 통해 반영구적으로 재사용할 수 있습니다. 이는 외부 전기 에너지를 화학 에너지로 전환하여 저장하고, 필요할 때 전기를 발생시켜 사용하는 장치입니다.

이차전지 산업의 진화와 역사

지난 120년간 2차전지는 납축전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지 등 다양한 형태로 일상생활에서 유용하게 사용되어 왔습니다. 특히, 리튬이온전지는 휴대용 전자기기 사용량이 증가하면서 오래 사용할 수 있는 배터리 요구가 늘어남에 따라 개발되었습니다. 이 배터리는 높은 에너지 밀도와 우수한 출력을 자랑하며, 메모리 효과가 없어 수명이 길다는 장점을 가지고 있습니다. 따라서 리튬이온배터리는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, SONY사가 최초로 상용화한 이래로 현재까지도 그 원천기술을 기반으로 발전해 왔습니다.

메모리 효과란, 충전지를 완전 방전되기 전에 재충전하면 전기량이 남아 있음에도 충전기가 완전 방전으로 기억하는 효과를 가지게 되어, 최초에 가지고 있던 충전용량보다 용량이 줄어들면서 충전지 수명이 줄어드는 현상을 의미합니다.

이차전지의 활용분야

전자정보기기용으로 노트북, 전자시계, 태블릿
수송기계용으로 자동차, 오토바이, 전동휠
에너지저장/산업용으로 풍력발전기, 태양열판, 지게차
로봇/군사용으로 서빙용로봇, 위성기기, 미사일

 

전기차 배터리 시장의 미래

특히, 2차전지는 전기차 급부상으로 인해 필수불가결한 존재가 되었습니다. 전기차 생산 업체는 2차전지를 가장 큰 고객군으로 인식하고 있습니다. 전 세계 국가들은 내연기관차를 퇴출하고 전기차 보급을 확대하여 환경오염 문제를 해결하려고 노력하고 있습니다. 이러한 노력의 일환으로 전기차 구매 유도를 위한 보조금도 증가하고 있습니다.

국제에너지기구(IEA)는 ‘2021 글로벌 전기차 전망’ 보고서를 통해 2030년까지 글로벌 시장에서 최대 2억 3,000만 대의 전기차가 판매될 것으로 예상됩니다. 이는 현재 전기차의 시장 점유율 3%에서 급증하여 12%로 상승할 것입니다.

리튬 수요 산업 비중 변화

전기차 시장이 급격히 성장하면서 배터리의 주요 원자재인 리튬의 수요도 급증하고 있습니다. 현재 리튬계 이차전지에 사용되는 리튬의 원료로는 탄산리튬과 수산화리튬이 주로 사용되고 있습니다. 탄산리튬은 주로 스마트폰, 노트북, 전동공구 등 에너지 용량과 밀도가 낮은 배터리 제작에 사용되며, 수산화리튬은 에너지 밀도와 용량이 높은 배터리 제작에 주로 사용됩니다. 특히 수산화리튬은 한 번 완충시 500km 이상 주행거리가 나오는 고용량 전기차 배터리에 제격이기 때문에 사용량이 계속해서 증대하고 있습니다.

하지만, 짧은 시간 내 리튬의 생산량 확대에는 한계가 있어 리튬 가격이 폭등한 상황으로 각국은 안정적으로 원자재를 확보하기 위해 리튬 프로젝트를 진행하고 배터리 제조 능력을 키우는 등 다양한 시도를 하고 있습니다.

포스코 그룹의 성장 동력

아르헨티나 염수리튬 시범공장 전경. 이차전지 양극재의 중요한 구성물인 리튬은 전기를 생성하고 충전하는 역할을 합니다.

포스코는 그룹의 성장 동력으로 이차전지 소재 사업을 집중 육성하기 위해 원료와 소재 사업에 지속적으로 투자하고 있습니다. 포스코는 독자적으로 개발한 고유 리튬 추출 기술을 보유하고 있으며, 이 기술은 광석 및 염수를 원료로 사용하여 배터리급 고순도 리튬을 만드는 기술입니다. 포스코는 2017년 탄산리튬, 2018년 수산화리튬을 각각 국내 최초로 생산하기 시작하였습니다. 이러한 포스코의 기술력과 투자는 더욱 확고한 리더십을 구축하며, 이차전지 소재 사업 분야에서 글로벌 경쟁력을 갖출 것입니다.

 

포스코는 리튬 생산체제를 확보하여 연간 6만 5,000톤의 리튬을 생산할 것으로 전망하고 있습니다. 2018년 포스코가 인수한 아르헨티나 염호 '옴브레 무에르토' 매장량은 1,350만 톤으로 전기차 3.7억 대(대당 배터리 용량 55.7kwh 기준)를 생산할 수 있는 양입니다. 2020년에는 아르헨티나 염수리튬 데모플랜트 검증을 성공적으로 완료하여, 전 세계에서 유일하게 폐2차전지와 리튬 광석, 염호까지 활용 가능한 리튬 생산체제를 확보하고 있습니다. 리튬 배터리 대부분이 사용 후 쓰레기가 되고 약 5%만이 재활용되는 상황에서, 친환경적으로 재활용할 수 있는 방법을 모색할 수 있도록 더욱 적극적인 기술 개발이 진행되어야 할 시점입니다.

출처
포스코 뉴스룸