이 기사는 2024년 01월 23일 15:03 thebell 에 표출된 기사입니다.

포스코퓨처엠이 조만간 실리콘 음극재 시험 생산을 시작한다. 포스코퓨처엠은 양산 검증을 한 이후 2026년까지 연산 1000톤 규모의 생산능력을 확보할 계획이다. 실리콘 음극재는 기존 흑연 기반의 음극재보다 에너지 밀도가 높은 차세대 배터리 소재로 SK그룹과 한솔케미칼 등도 양산을 준비하고 있다.

◇데모플랜트 3월 가동 앞두고 지자체 인허가 절차

23일 관련 업계에 따르면 포스코퓨처엠은 포항 영일만 산업단지 내에 구축 중인 실리콘 음극재 데모플랜트를 오는 3월 중에 가동할 예정이다. 포스코퓨처엠은 최근 포항시에 폐수·대기 배출 설비 설치를 신고하는 등 공장 가동을 위한 인허가 절차를 밟고 있다.

데모플랜트는 상업 생산시설을 짓기 전에 시험적으로 건설하는 소규모 생산 시설을 말한다. 정식 양산 전에 생산 공정의 효율성과 안정성, 운영 기술 등을 검증하기 위해 구축된다. 포스코퓨처엠의 데모플랜트 생산능력은 연산 50톤 규모로 크지 않다.


포스코퓨처엠이 실리콘 음극재를 생산하는 건 이번이 처음이다. 실리콘 음극재는 탄화규소(Si-C) 계열과 산화규소(SiOx) 계열로 나뉘는데 포스코퓨처엠이 생산하는 실리콘 음극재는 Si-C 계열이다.

SiOx 계열 음극재는 포스코홀딩스의 100% 자회사 포스코실리콘솔루션이 개발·양산을 준비하고 있다. 포스코실리콘솔루션의 전신은 실리콘 음극재 기술을 보유한 스타트업 테라테크노스다. 포스코홀딩스는 배터리 소재 사업을 확장하기 위해 2017년 이 회사를 인수했다.

Si-C 계열은 SiOx 계열 대비 충·방전 효율이 높고 가격이 낮다는 장점이 있다. 반면 SiOx 계열은 초기 용량과 용량 유지율이 높다. 입자 크기가 Si-C 계열보다 작아 스웰링(실리콘이 팽창하는 현상) 리스크에 노출될 우려도 적다.

포스코퓨처엠은 시험 생산 이후 양산 검증을 거쳐 2026년까지 연산 1000톤 규모의 실리콘 음극재 생산능력을 확보할 예정이다. 포스코그룹 차원의 실리콘 음극재 생산 목표는 '2030년 연산 3만5000톤'이다.

◇SK머티·한솔케미칼 등 진출...2025년 이후 판 커질 듯

실리콘 음극재는 흑연계 음극재보다 에너지 밀도가 4~5배가량 높다. 실리콘이 원자당 품을 수 있는 리튬이온 수가 흑연보다 더 많기 때문이다. 이는 배터리의 용량과 출력을 높여 전기차의 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있다는 의미다. 급속 충전 설계가 쉬워 충전속도를 단축할 수 있다는 장점도 있다. 실리콘 음극재가 차세대 배터리 소재로 불리는 이유다.

포스코그룹 외에 실리콘 음극재 시장에 진출한 기업은 SK머티리얼즈와 SKC, 한솔케미칼, 대주전자재료 등이다. 이 중 대주전자재료가 가장 빠른 2019년에 양산 체제를 갖췄다. 회사는 올해 1분기부터 SK온에 공급한다. 북미 시장에 수출되는 전기차 배터리에 탑재될 전망이다. 대주전자재료의 실리콘 음극재는 SiOx 계열이다.


SK머티리얼즈는 미국 배터리 소재 기업 그룹포틴테크놀로지스와 합작사 'SK머티리얼즈그룹포틴'을 설립해 작년 말 경북 상주에 양산 설비를 구축해 현재 시험 운영 중이다. 생산능력은 연산 2000톤 규모다. 2027년까지 1만톤으로 키우는 게 목표다.

SKC는 작년에 지분 투자한 영국 넥세온의 기술을 기반으로 이달부터 실리콘 음극재 시험 생산을 시작했다. 한솔케미칼은 작년 말 전북 익산에 실리콘 음극재 공장을 완공했고 현재 주요 고객사와 샘플 테스트를 하고 있는 것으로 알려졌다. SKC와 한솔케미칼 모두 Si-C 계열 실리콘 음극재를 만든다.

주요 기업이 양산을 시작하는 2025~2026년경에 실리콘 음극재 수주전이 치열해질 전망이다. 특히 중국 정부가 미국의 공급망 견제에 대응해 흑연 수출 통제에 나서면서 실리콘 음극재 시장이 당초 예상보다 더 커질 가능성도 제기된다.

배터리 소재 업계 관계자는 "(실리콘 음극재의 경우) 기술적 완성도 문제가 남아있긴 하나 중장기적으로 흑연계 음극재를 보완할 수 있을 것"이라고 말했다.