by경계영 기자
2020.10.01 09:04:02
주로 흑연 사용…포스코케미칼이 국산화
관심 커지는 실리콘, 테슬라도 채택 확대
[이데일리 경계영 기자] 스마트폰을 쓰다보면 처음 샀을 때보다 배터리(이차전지)가 더 빨리 닳기 마련이다. 이같은 배터리 수명에서 가장 중요한 구성요소가 음극이다.
현재 배터리 음극 활물질(배터리 내 전기를 일으키는 반응을 담당하는 물질)로 가장 많이 쓰이는 소재는 흑연이다. 리튬이온이 양극(+)에서 음극(-)으로 이동하는 충전 과정에서 음극에 들어온 리튬이온은 흑연 층 사이사이로 들어가 저장된다.
리튬이온 크기는 흑연 층 사이보다 커 흑연이 팽창되고 부피가 늘어난다. 충·방전을 거치며 리튬이온이 흑연 층을 오가는 동안 음극 부피가 계속 변하고 결국 흑연 구조도 미세하게 바뀌면서 수명이 닳는다.
흑연은 천연 흑연계와 인조 흑연계로 나눈다. 천연 흑연은 말 그대로 광산에서 채굴한 것인 데 비해 인조 흑연은 석유·피치 코크스를 원료로 전기 저항로에서 2500℃ 이상 가열해 만들어진다. 인조 흑연은 천연 흑연보다 결정구조가 일정하고 강도도 높으며 안정적인 데다 수명이 길다. 그만큼 가격도 상대적으로 비싸다.
국내에선 포스코케미칼(003670)이 유일하게 천연·인조 흑연 모두 만든다. 천연 흑연은 세종 공장에서 2만4000t 규모로 생산되며 2만2000t 2단계 증설 투자가 진행된다. 인조 흑연의 경우 1만6000t 규모의 포항 공장이 2023년 완공을 목표로 지어지고 있다. 포스코케미칼은 제철소에서 나온 부산물인 콜타르를 고온 가공해 침상 코크스를 직접 만들어 밸류체인을 강화했다.
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