中의존도 낮춰라…실리콘 음극재 국산화 ‘속도’

중국 의존도 93.7%…중국의 수출 통제 등 음극재 공급망 리스크

실리콘 음극재, 전기차 주행거리 확대…2035년 시장 규모 8.8조

SKC, 롯데에너지머티리얼즈, 포스코퓨처엠, LG화학 등 투자 가속

실리콘 음극재. ⓒSKC 홈페이지

국내 배터리 소재 업계가 ‘실리콘 음극재’ 개발에 속도를 올리고 있다. 중국의 수출 통제, 미국 인플레이션방지법(IRA) 등으로 인한 공급망 리스크를 피하기 위해 중국 음극재 의존도 줄이기에 나선 것으로 분석된다.

4일 업계에 따르면 국내 배터리 소재 기업들의 실리콘 음극재 시장을 차지하기 위한 경쟁은 올해부터 본격화할 것으로 전망된다.

배터리 소재인 음극재는 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 역할을 하고 배터리의 수명과 충전 속도를 결정한다.

현재 글로벌 음극재 시장은 천연흑연과 인조흑연이 대부분을 차지하고 있다. 산업통상자원부에 따르면 한국은 2022년 기준 2억4100만달러 상당의 배터리 음극재용 인조흑연과 천연흑연을 수입했다. 이 중 93.7%가 중국에서 들여올 정도로 중국 의존도가 높다.

실리콘 음극재 특징. ⓒ포스코퓨처엠 블로그 캡처

이런 상황 속에서 지난해 말 중국은 흑연 수출 통제에 나섰다. 중국은 아직 국내 기업으로의 수출은 허가하고 있지만 향후 미중 관계 등 변화에 따라 광물자원을 무기화할 수 있다.

국내에서는 포스코퓨처엠만이 유일하게 인조흑연을 생산하고 있어 공급망 다변화를 위해 흑연의 국산화가 시급한 상황이다.

이 문제를 해결하는 방안으로 실리콘 음극재가 주목 받고 있다. 실리콘 음극재는 배터리의 에너지밀도 및 용량을 확대해 전기차 주행거리도 늘릴 수 있다는 장점이 있다. 배터리 급속충전속도도 향상된다. 다만 가격이 높고 초기 충·방전 효율이 저하된다는 단점은 개선이 필요한 상황이다.

현재 실리콘 음극재는 흑연계 음극재에 4~5% 첨가하는 구조로 활용되고 있다. 소재 구조의 안정성을 높이는 기술 개발을 통해 함량은 점차 높아지나 흑연계와 실리콘 음극재가 함께 음극을 구성하는 구조는 유지될 것으로 관측된다.

LIB 실리콘 음극재 시장 전망. ⓒSNE리서치

지난해까지 실리콘 음극재 시장은 전체 음극재 시장에서 1%에 그쳤지만, 향후 고성능 전기차 수요 증가에 따라 실리콘 음극재 시장도 확대될 것으로 전망된다.

에너지 전문 시장조사업체 SNE리서치는 리튬배터리 음극재 시장에서 실리콘 음극재 비중이 2030년 7%에 이어 2035년에는 10% 수준까지 커질 것으로 추정했다. 2023년 6억달러(약 9000억원)에서 2025년 19억달러(약 2조5000억원), 2030년 43억달러(약 5조7000억원), 2035년에는 66억달러(약 8조8000억원)까지 증가할 것으로 점쳐진다. 실리콘 음극재 사용량은 2030년 15.7만t, 2035년 28.5만t 수준까지 늘어날 것으로 보고 있다.

포스코퓨처엠 인조흑연 음극재 1단계 공장에서 음극재가 제조되고 있다. ⓒ포스코퓨처엠

이에 따라 국내 배터리 소재 업체들도 국내 배터리 소재 업체들은 실리콘 음극재 사업에 적극 투자하고 있다.

SKC는 투자사 얼티머스를 설립하고 시생산 라인을 착공했다. 또 올해는 시생산 돌입과 함께 고객사 인증을 진행하며 상업화에 착수한다.

2021년 실리콘 음극재 사업화를 결정한 SKC는 2022년 영국 기술기업 넥세온에 투자하며 실리콘 음극재 사업에도 본격적으로 진출했다. 지난해 실적발표 컨퍼런스콜에서는 “시장의 기대가 큰 글라스 기판과 실리콘 음극재를 중심으로 신규 사업도 계획대로 차질 없이 진행되고 있어 이 사업들이 본 궤도에 오르면 실적 상승의 기폭제가 될 것”이라고 예상했다.

실리콘 음극재 활용 구조. ⓒ포스코퓨처엠 블로그 캡처

롯데에너지머티리얼즈는 차세대 음극재 시장에 진출하며 동박 사업과의 시너지 효과를 꾀할 방침이다. ‘실리콘 복합 음극활물질’ 연구 개발을 위해 지난해 7월 실리콘 음극재 기술을 보유한 프랑스 기업 엔와이어즈에 79억원의 지분투자를 진행했다. 엔와이어즈는 현재 연간 2.5t 규모의 파일럿 라인을 보유하고 있으며, 2027년부터 본격적인 상업 양산 규모로 생산량을 확대할 예정이다. 지난해 10월에는 한국자동차연구원과 고에너지밀도 LFP 양극활물질 연구개발 계약을 체결했다.

음극재 풀 밸류체인을 구축 중인 포스코퓨처엠은 그룹 내 연구 역량을 결집해 다양한 실리콘 음극재를 개발하고 있다. 현재 일부 차량에 탑재되고 있는 SiOx(실리콘 산화물)뿐만 아니라 Si-C(실리콘 탄소 복합체), Pure-Si(퓨어 실리콘)를 개발해 경쟁력을 강화하고 있다.

LG화학은 기존 음극재에 비해 용량 개선한 퓨어 실리콘을 개발하고 있다.