[궁금한 THE 이야기] ③ 하이니켈 배터리로 보는 미래 먹거리

l 주행성능이 향상된 배터리 등장

불과 몇 년 전과는 달리 요즘 도로에서 전기차를 종종 볼 수 있다. 최근 출시된 전기차들은 1회 충전에 평균 300km까지 운행이 가능하며, 하루가 다르게 주행거리가 계속해 늘고 있다. 멀지 않은 시대에 1회 충전으로 평균 600km 이상 주행하는 전기차 시대는 곧 도래할 것이다.

국내 배터리 제조사들은 ‘에너지 밀도’ 높이기 위해 치열하게 경쟁 중이다. 동일한 부피와 무게를 가진 배터리라도 에너지 밀도가 높으면 전기차의 주행거리를 늘릴 수 있기 때문이다. 이에 업계는 에너지 밀도를 결정하는 니켈의 함량을 80~90%까지 높인 ‘하이니켈’ 배터리를 적극적으로 개발하고 있다.

니켈 90%의 하이니켈 배터리를 탑재하면 1회 충전으로 평균 600km 이상 주행이 가능해지는데, 서울과 부산(직선거리 기준 약 300km) 왕복이 가능하다는 얘기이다. 이런 장점으로 인해 배터리 업계에서는 NCMA 배터리의 채택 확대와 `하이니켈 배터리`로의 전환이 가속화할 것으로 보인다. 단, 니켈 함량이 높을수록 충방전 과정에서 구조적 불안정이 발생하여 배터리 수명이 저하될 수 있기 때문에, 수명특성이 우수한 하이니켈 배터리 생산 여부가 바로 배터리 제조사의 기술경쟁력을 설명한다고 할 수 있겠다.

l 배터리용 니켈 수요 확대

니켈은 전성과 연성이 매우 우수하고 대부분의 환경에서 내식성을 가질 뿐만 아니라, 고온 및 저온 강도 또한 우수한 특성을 지닌다. 이에 현재 니켈이 가장 많이 사용되는 분야는 스테인리스스틸(STS)이다. 스테인리스스틸에 녹이 스는 것을 방지하는 역할을 해주기 때문이다.

지금까지 니켈의 소비 비중은 스테인리스스틸용 80%, 이차전지용 7%이었지만, 전기차 시장의 폭발적인 성장에 따라 2차전지용의 수요가 점차 증가하는 추세다.

SNE리서치에 따르면 세계 배터리용 니켈 수요가 금속 기준 2022년 38만 5000톤에서 2025년 84만 1000톤, 2030년 237만 톤으로 올해보다 각각 2배, 6배 증가할 것이라고 예상하고 있다. 시장 규모로 보면, 2022년 77억 400만 달러에서 2025년 185억 1100만 달러, 2030년 710억 8800만 달러로 커진다는 얘기다.

l 2차전지용 고순도니켈 필요성 대두

니켈의 종류는 순도에 따라 고순도 니켈인 Class 1 니켈(순도 99.8% 이상)과 Class 2 니켈(순도 99.8% 이하)로 구분된다. 짧은 전기차 주행거리를 증가시킬 수 있는 고용량 배터리의 필요성이 대두되자, Class 1 니켈이 배터리 양극재의 원료로 수요가 빠르게 증가하고 있다. 배터리 양극재에 투입되는 니켈 함량이 높을수록 고용량 배터리를 만들 수 있어서다.

하지만 Class 1 니켈은 전체 니켈 생산량의 35%를 밑돌 정도로 생산량이 적어 공급 부족이 우려되는 상황이다. 이에 각 기업들은 Class 1 니켈, 특히 배터리 양극재용 니켈 공급망 확보와 대체 방안을 모색하고 있다.

니켈은 주로 인도네시아, 필리핀, 러시아에서 생산되고 있다. 특히, 인도네시아가 적극적인 투자유치와 중국의 대규모 투자가 맞물리면서 전 세계 니켈의 20% 보유하는 세계 1위 생산국으로 부상했다. 하지만 인도네시아가 2020년 자국 제조업 보호를 위해 광석 수출 금지를 발표해 공급의 난항이 예상된다. 더군다나 전 세계 니켈의 10%를 생산하는 러시아발 사태로 인해 니켈 가격은 더욱 급등한 상황이다.

앞으로 전기차와 친환경 에너지 시장의 확대로 니켈의 수요는 2020년 대비 2040년 약 20배까지 상승할 것으로 예측돼, 공급 위험성이 여전히 높은 수준으로 자리할 것이다. 자원빈국임에도 불구하고 주력 산업이 핵심광물에 의존하고 있는 우리나라에게는 해외 수입원의 안전한 확보와 확대가 절실한 때이다.

l 포스코의 생산능력 확보를 위한 노력

포스코의 경우 급증하는 전기차 배터리 수요에 대응할 수 있도록 기존 스테인리스스틸용 니켈 일부를 배터리용 고순도 니켈로 전환하는 투자를 진행하고 있다. 스테인리스스틸용 니켈을 배터리용 니켈로 전환하는 과정은 크게 2단계로 이뤄진다. 먼저 포스코 그룹사 에스엔엔시(SNNC)가 스테인리스 원료로 사용하는 페로니켈에서 철을 제거하는 공정을 거쳐 니켈 순도가 75%인 니켈매트*를 만든 후, 포스코가 이 니켈 매트를 습식정제해 순도 99.9% 이상의 배터리용 고순도니켈을 생산하는 구조다. 오는 2023년까지 연간 2만 톤(t) 규모(전기차 50만 대에 공급할 수 있는 규모)의 전기차 배터리용 니켈을 생산하는 공장을 국내에 구축할 계획이다.
* 니켈매트: 니켈을 제련해서 만들어지는 중간생산물로 니켈 함량 70~75% 포함

▲ 호주 레이븐소프 니켈광산 전경

또한, 포스코는 호주, 인도네시아 등의 글로벌 니켈사와 합작해 생산능력을 확충해 나갈 방침이다. 지난 2021년에 호주의 니켈 광업·제련 전문 회사인 레이븐소프 지분 30% 인수하면서 니켈의 글로벌 공급망을 안정적으로 확보할 수 있게 됐다.

국내 생산과 국외 투자를 통해 포스코는 전기차용 배터리의 핵심 원료인 리튬과 니켈, 흑연 등 원료부터 양극재와 음극재까지 모두 공급 가능한 국내 유일 회사로서 2차전지 소재 밸류체인 경쟁력을 향상시킬 것으로 기대된다.