'하이니켈' 배터리 난제 해결사, 음극재 혁신도 순항

양극재 전문 기업 엘앤에프는 니켈 비중이 높은 ‘하이니켈’ 양극재를 주력으로 성장해온 회사다. 배터리 업계가 에너지 밀도를 높이고자 그 핵심인 니켈 비중을 최대한 늘리는 데 집중하는 동안, 엘앤에프는 이에 대응하는 양극재 개발에 연이어 성공해왔다.

배터리의 에너지 밀도가 중요해진 건 핵심 공급처인 전기차의 주행 거리를 좌우하기 때문이다. 엘앤에프는 개발 및 양산 역량을 고도화해오면서 니켈 비중을 95%까지 끌어올린 양극재도 출시를 앞두고 있다.

엘앤에프는 양극재를 넘어 음극재로도 사업 영역을 넓히고 있다. 회사는 지난해 일본 화학 기업 미쓰비시케미컬과 관련해 협력을 추진키로 했다. 시중 제품의 기술적 난제를 풀고, 중국에서 상당 부분 음극재 원료를 조달하는 K-배터리 업계의 리스크 해소를 도맡겠다는 포부다.

엘앤에프는 국내에서 양극재를 최초로 개발한 기업으로 지난 2006년 LCO 배터리용 제품을 내놨다. 그 이듬해인 2007년부터는 현재 활발히 쓰이는 니켈코발트망간(NCM) 배터리용 양극재를 양산해왔다.

NCM 배터리가 세대를 거듭하며 성능이 개선되는 동안 그 중심이 되는 양극재를 선도적으로 개발해온 역량이 회사 강점이다.

엘앤에프는 지난 2007년 니켈 비중이 50%인 'NCM 523' 양극재를 세계 최초로 양산했고 이어 2013년 70%로 비중을 더 높인 'NCM 712' 양극재도 가장 먼저 양산했다. 2021년부터는 니켈 비중이 90%까지 늘어난 니켈코발트망간알루미늄(NCMA) 양극재를 양산 중이다. 누적 판매량은 5만 톤 이상을 기록했다. 니켈 95%인 NCMA 양극재 개발도 마쳐 올 하반기 양산이 예정돼 있다.

회사는 국내 배터리 3사 외 세계 최대 전기차 제조사에도 제품을 납품 중이다.

차세대 전기차 배터리로 주목받는 4680 원통형 배터리에 탑재할 양극재도 2년 전 개발을 마쳤다. 최용진 엘앤에프 사업개발담당 전무는 "울트라 하이니켈 외 기술 난제가 있었고, 고객사가 요구하는 성능을 맞추고자 노력해 2년 전 개발을 완료했다"며 "그간 고객사의 제품 신뢰성 검토를 받았고 현재는 양산 일정을 확정한 단계"라고 설명했다.

가격에 강점이 있는 리튬인산철(LFP) 양극재도 곧 경쟁력을 갖추고 시장에 뛰어들 계획이다. 최용진 전무는 "가공 마진이 높지 않고, 진입 장벽이 높지 않아 가격 경쟁력이 가장 우선시되는 시장"이라며 "장기간의 생산 노하우를 토대로 단위당 가공비를 낮출 계획"이라고 밝혔다.

미국 시장을 집중 공략해야 하는 국내 배터리 업계 입장에서 숙제로 남아 있는 것이 음극재다. 미국은 배터리 업계로 하여금 탈(脫)중국화를 요구하고 있는 반면, 수입되는 음극재의 90% 이상을 중국에서 수급하고 있다.

엘앤에프는 이런 수요를 일본 화학 기업 미쓰비시와 합작 설립한 공장에서 제조한 음극재로 공략할 계획이다. 공장은 내후년 설립 예정이다.

최 전무는 "양극재 회사로서 양극재용 금속의 정제련공정, 전구체공정, 양극활물질제조공정이 모두 한국에서 이뤄지는 데 엄청난 투자 금액이 투입되고 있다"면서도 "한국이나 미국 등에서 음극활물질을 제조하지 않는다면 미국 인플레이션감축법(IRA) 기준에 부합할 수 없어 양극재에 투자된 IRA 대응은 무의미해진다"고 설명했다.

음극재의 중간 원료인 구형화 흑연도 한국에서 제조해야 IRA에 대응하는 배터리 생산이 가능하다는 주장이다. 최 전무는 "원료를 아프리카에서 조달하더라도 중간 원료인 구형화 공정을 한국에서 진행해야 IRA 대응이 된다"며 "현재 한국에는 구형화 흑연을 제조하는 공정이 없는데, 저희가 진행하는 제조 회사는 구형화 공정을 함께 진행하는 유일한 회사가 될 것"이라고 자신했다.

엘앤에프는 인조 흑연을 대체 또는 인조 흑연 사용량을 급격히 줄이면서도 '스웰링(부품)' 현상에서 자유로운 음극재를 개발할 계획이다.

최 전무는 "인조 흑연이 천연 흑연보다 용량이 낮고, 1천200도로 소성한 뒤 다시 3천도로 소성해 비용이 많이 들고 탄소 배출량이 많다는 단점이 있지만 전기차 배터리에 사용했던 까닭은 스웰링 현상이 상대적으로 덜해 수명이 길다는 점 때문"이라며 "미쓰비시가 개발한 음극재는 스웰링이 인조 흑연과 동등한 수준에 더 많은 용량을 확보하고 있다"고 강조했다.