리튬 조달처 다변화는 상대적으로 용이

전구체의 경우 IRA에서 구체적으로 명시하고 있지 않지만, 전구체에 사용되는 황산니켈과 양극재 합성에 사용되는 리튬(탄산리튬, 수산화리튬)의 추출과 처리가 미국 또는 미국과 FTA가 체결되어 있는 국가에서 이루어지거나 북미에서 재활용된 메탈이어야 한다. 

다만 탄산리튬과 수산화리튬의 경우 조달처 다변화가 니켈 대비 상대적으로 용이할 것으로 예상한다. 미국과 FTA가 체결되어 있는 칠레의 리튬 매장량은 20년 기준 약 920만톤으로 글로벌 최대 리튬 매장량을 보유하고 있는 국가이며, 호주 또한 470만톤 수준으로 높은 리튬 매장량을 보유하고 있다. 특히 호주의 경우 수산화리튬 전환 공정 없이 생산할 수 있는 경암형 리튬 광산을 보유하고 있기 때문에 하이니켈 양극재 생산에 사용되는 리튬 조달이 더욱 용이할 것으로 예상한다.

대부분의 핵심 광물 처리가 중국을 통해 이뤄지는 중

다만 2차전지소재 업체의 경우 미국 증설 이외에도 해결해야할 과제가 여전히 남아 있다. 특히 양극재에 사용되는 리튬, 니켈, 흑연 등 대부분의 핵심 재료가 핵심 광물 비율 산정에 포함되어 있기 때문에 23년부터 요구 비율을 충족하기 위해선 조달처 다변화가 필요하다. 현재 핵심 광물과 이로부터 파생된 양극재 원재료인 전구체는 대부분이 중국에서 생산되고 있으며 한국의 대표적인 양극재 업체 포스코케미칼과 LG화학은 화유코발트, 엘앤에프는 CNGR, 에코프로비엠은 GEM을 통해 전구체를 조달하고 있다.

또한 핵심 광물의 정제련 및 처리 능력이 중국에 집중되어 있다는 점에 주목할 필요가 있다. IEA에 따르면 리튬과 니켈을 비롯한 배터리 핵심 광물의 채굴량은 매장량이 높은 국가 위주로 분포되어 있지만, 처리량은 중국이 압도적으로 높은 상황이다. 특히 리튬과 코발트는 호주와 콩고의 채굴량이 높지만 실직적인 광물의 처리량은 중국이 각각 57,8%와 35.4% 수준이며, 흑연의 경우에는 중국의 채굴량과 처리량이 모두 높다. 최근 양극재용 수요가 급증하고 있는 니켈의 경우 중국의 처리량 비중이 35.4%로 타 광종 대비 낮은 수준이나, 두번째로 처리량이 높은 인도네시아는 미국과 FTA가 체결되어 있지 않다는 점을 간과해선 안된다

22년~23년에는 동사를 포함한 주요 리튬 생산 업체의 증설이 집중되어 있어 수급은 다소 둔화될 전망. 

해당 기간 가동 예정인 주요 프로젝트는 SQM의 Salar de Carmen [6.9만톤LCE], Ganfeng Lithium의 Cauchari-Olaroz[4만톤LCE], Albemarle의 La Negra III/IV[4만톤LCE] 및 Kemerton I/II[5만톤LCE] 등이 있다 <그림 4>. 대규모 증설이 예정되어 있는 만큼 향후 1~2년간 리튬 가격 하락의 우려가 있다 

2022년 6월 LG화학은 고려아연 계열사인 켐코(KEMCO)와 리사이클 및 전구체 합작법인 한국전구체 설립 계약을 체결한 바있다. 지분율은 켐코 51%, LG화학 49%다. 고려아연에서 핵심 광물인 니켈을 제련 후 켐코에 공급하며, 켐코는 황산니켈을 한국전구체에 공급, 한국전구체는 전구체를 생산해 LG화학에 공급한다. LG화학은 이를 이용해 양극재를 생산 후 LG에너지솔루션에 공급하는 구조다. 

합작사 한국전구체는 울산 온산 산업단지내 NCMA 전구체 전용 라인을 구축 예정이다. 해당 라인에 2024년까지 총 2,200억원을 투자해 연간 2만톤 이상의 전구체 생산능력을 확보하고 2024년 2분기부터 제품 양산을 시작할 계획이다. 2만톤 중 6천톤은 폐배터리 폐기물인 스크랩 및 폐배터리에서 추출한 리사이클 메탈을 이용해 생산 계획이다. 해당 라인에서 생산되는 전구체 2만톤이 니켈 80% 양극재로 생산된다고 가정하면(니켈:코발트:망간 비율은 각각 8:1:1) 연간 2.1만톤~2.3만톤의 양극재 생산이 가능하다.

이는 2025년 LG화학 양극재 생산 Capa의 약 10% 수준이다. 합작사 한국전구체는 모회사인 고려아연의 비철금속 제련 기술을 바탕으로 니켈, 코발트, 망간 등 메탈 리사이클링도 수행할 예정이다. 이 경우, 현재 계획 기준 리사이클 메탈을 이용해 생산될 양극재는 2025년 캐파의 약 3% 수준으로 추정된다.

지난 해 LG화학과 LG에너지솔루션은 Li-Cycle이 실시한 유상증자에 참여, 각각 300억 원씩 총 600억원을 투자해 2.6%의 지분을 확보했다. Li-cycle은 2016년에 설립된 북미 최대 폐배터리 리사이클링 회사다. Li-cycle의 생산 공장은 Spoke(전공정)과 Hub(후공정)으로 나뉜다. Spoke에서는 폐배터리를 수거 후 방전시킨 배터리를 기계 장치에 넣어 파쇄 후 밀도와 자력을 이용해 니켈, 코발트, 망간 등 희소금속이 포함된 블랙파우더 (black mass)와 알루미늄, 구리 등으로 분류한다. Hub에서는 습식 공정 통해 블랙파우더에서 니켈, 코발트,망간을 회수한다.

‘전해액(Electrolyte)’은 2차전지의 에너지 밀도, 수명, 안정성에 영향을 미치며 전지의 성능을 좌우하는 주요소재이다. 과거 갤럭시노트7 폭발사고로 인해 액체상태인 전해액의 특성으로 폭발 위험이 지목되었으며 2차전지에 사용되는 전해액은 순도가 떨어지거나 금속성 불순물, 극소량의 수분 등이 함유된 전해액은 전지의 변형이나 화재 폭발 등을 일으키게 된다. 따라서 높은 이온 전도도, 전기화학적 안정성, 전극과의 상용성, 낮은 응고점, 적절한 리튬염의 농도의 기술력을 요구한다.

포스코케미칼의 에너지소재 매출액은 22E 1.4조원→25E 7.0조원의 가파른 성장세를 시현할 것으로 전망한다. 양극재의 경우 23E 본격 양산이 개시되는 광양 3단계와 4단계를 시작으로 25년까지 약 28만톤의 생산능력을 확보할 예정이며 30E 목표 생산능력은 61만톤에 달한다. 양극재의 경우 Ultium Cells향으로 판매 예정인 하이니켈 NCMA 양극재 외에도 단결정 NCMA와 코발트 프리 양극재 등의 차세대 양극재 개발을 통해 고객사 확장을 꾀하고 있으며, 30E 글로벌 양극재 시장 점유율 20%를 목표하고 있다.

음극재 또한 공격적인 증설이 예정되어 있으며, 25E 17만톤, 30E 32만톤의 생산능력 확보를 계획하고 있다. 포스코케미칼은 기존 천연 흑연 음극재 외에도 저팽창 천연흑연 음극재를 생산하고 있으며 21년말 8천톤 규모의 인조흑연 음극재 생산설비를 확보했다. 또한 추가 8천톤 규모의 인조흑연 음극재의 생산설비를 4Q22 확보해 총 1.6만톤의 생산능력을 확보할 예정이며 관련 매출액은 4Q23년 또는 1Q24부터 발생할 것으로 예상된다. 천연흑연과 인조흑연 외에도 실리콘 음극재 개발 또한 진행 중이며, 24년에는 SiOx 제품 개발이, 25년에는 Si-C(실리콘-카본복합체)제품 개발이 마무리 될 것으로 예상된다.