양극재 강자 포스코퓨처엠, LFP로 승부수…中 독주에 도전[포스코 자원보국⑤]

[헤럴드경제(광양)=정경수 기자] 삼원계 양극재를 주력으로 생산해온 포스코퓨처엠이 중국 업체들이 장악한 리튬인산철(LFP) 양극재 시장에 도전장을 내밀었다. 최근 국내 배터리 기업들과 대규모 공급물량을 확보한 데 이어 생산라인 전환에도 나서며 본격적인 양산 준비에 속도를 내고 있다.

지난 3일 찾은 전남 광양 율촌산업단지의 포스코퓨처엠 양극재 공장은 이 같은 사업 확장의 기반이 되는 곳이다. 광양에서는 고성능 전기차에 주로 사용되는 삼원계 양극재를 생산하고, 포항에서는 기존 생산라인을 LFP용으로 전환하는 등 제품군을 넓히고 있다.

LFP 배터리는 니켈·코발트 등을 사용하는 삼원계 배터리보다 에너지 밀도는 낮지만 가격이 저렴하고 수명이 길다는 장점이 있다. 최근 보급형 전기차뿐 아니라 인공지능(AI) 데이터센터에 필요한 에너지저장장치(ESS) 시장이 커지면서 수요가 늘고 있다. 그동안 중국 업체들이 주도했던 시장에 국내 소재 기업들이 잇달아 진출하는 배경이다.

포스코퓨처엠은 최근 대규모 공급계약을 바탕으로 LFP 사업 확대에 속도를 내고 있다.

지난 9월 SK온과 2027년부터 2029년까지 약 1조1000억원 규모의 LFP 양극재 공급계약을 체결했다.

10월에는 삼성SDI와 기존 장기 공급계약을 개정해 약 6조원 규모의 LFP 양극재 물량을 포함했다. 앞서 양사가 합의했던 LFP 공급물량을 두 배 이상 늘리면서 기존 니켈·코발트·알루미늄(NCA) 중심의 협력을 LFP 등으로 확대했다.

LG에너지솔루션과도 협력을 강화하고 있다. 지난달 30일 업무협약(MOU)을 통해 양사는 내년부터 2033년까지 7년간 총 72만톤 규모의 양·음극재 공급을 추진한다. 기존 삼원계 양극재에서 LFP 양극재와 인조흑연 음극재까지 협력 범위를 넓히는 내용으로, 연내 정식 계약 체결을 목표로 하고 있다.

늘어나는 수요에 대응하기 위해 생산시설도 재편하고 있다. 포스코퓨처엠은 포항 공장의 하이니켈 양극재 생산라인 일부를 LFP용으로 전환했다. 올해 말부터 양산 공급을 시작하고 추가 수주에 맞춰 생산능력을 확대한다는 계획이다.

별도의 전용 공장도 건설 중이다. 합작법인 씨앤피신소재테크놀로지는 포항 영일만4일반산업단지에 LFP 양극재 공장을 짓고 있으며, 내년부터 가동해 연산 최대 5만톤 규모로 생산능력을 단계적으로 확대할 예정이다.

포스코퓨처엠의 기존 경쟁력은 이미 삼원계 양극재에서 확인됐다.

광양 양극재 공장은 연산 9만톤의 생산능력을 갖춘 단일 공장 기준 세계 최대 규모의 시설이다. 70㎾h 배터리를 탑재한 전기차 약 85만대분으로, 총 13개 생산라인에서 NCM·NCA·NCMA 등 다양한 삼원계 양극재를 만든다.

정재용 포스코퓨처엠 광양 양극재공장장은 “2023년 3월 국내 최초로 하이니켈 단결정 양극재를 상업 생산하기 시작했다”며 고부가가치 제품 생산 기술도 강조했다.

공장에는 생산 효율을 높이기 위한 자동화 설비도 적용됐다. 무인운반차(AGV)가 원료와 제품을 운반하고, 생산 현장에서 채취한 시료는 공기압을 이용해 품질분석실로 자동 이송된다. 정 공장장은 “양극재는 분말 형태여서 수작업 과정에서 오류와 안전사고 위험이 있다”며 자동화 도입 배경을 설명했다.

공장 부지에는 지난해 6월 준공한 연산 4만5000톤 규모의 전구체 공장도 있다. 전구체는 니켈·코발트·망간 등을 결합한 중간 소재로, 리튬과 혼합해 고온에서 구우면 양극재가 된다. 정 공장장은 “과거에는 중국에서 전구체를 구매했지만, 이제는 자체 생산체제를 갖췄다”고 강조했다.

실제 양극재 제조 과정은 여러 단계를 거친다. 전구체와 리튬을 혼합한 뒤 고온에서 굽고, 불순물을 제거한다. 이후 세척과 건조, 추가 열처리를 거쳐 고객사가 요구하는 성능과 품질을 갖춘 양극재를 완성한다.

포스코퓨처엠은 광양 공장의 자동화 설비와 생산관리 기술을 향후 해외 생산거점에도 적용할 계획이다.

포스코그룹은 핵심 원료의 안정적인 확보를 위해 폐배터리 재활용 사업도 키우고 있다. 광양 양극재 공장 인근에 있는 포스코HY클린메탈이 그 역할을 맡는다.

2023년 7월 준공된 포스코HY클린메탈은 폐배터리와 배터리 제조공정에서 나온 스크랩에서 니켈·코발트·리튬을 회수해 양극재 원료로 공급한다. 이희진 포스코HY클린메탈 기획재무그룹장은 “재활용은 이미 시장에 공급된 자원을 다시 회수하는 구조인 만큼 향후 원료 공급원으로서 중요성이 커질 것”이라고 설명했다.

공장은 연간 1만2000톤의 블랙매스를 처리할 수 있다. 블랙매스는 폐배터리 등을 파쇄·가공해 얻은 검은색 분말로, 니켈과 코발트, 리튬 등 핵심 금속을 포함하고 있다.

포스코HY클린메탈은 이를 정제해 탄산리튬과 황산니켈, 황산코발트 등을 생산한다. 연간 탄산리튬 2500톤 등을 생산할 수 있는 설비를 갖췄으며, 현재 가동률은 95%를 웃돌고 있다.

이 같은 재활용 사업은 포스코퓨처엠의 삼원계 양극재 생산과도 연결된다. 광산에서 새로 원료를 확보하는 것과 별개로 폐배터리에서 회수한 금속을 다시 전구체와 양극재 생산에 활용할 수 있기 때문이다.

이 그룹장은 “배터리 재활용 사업은 각국의 정책 변화에 민감하다”며 유럽의 재활용 원료 사용 의무화와 미국의 중국산 원료 규제 등으로 공급망 관리의 중요성이 커지고 있다고 설명했다.

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