김규동 기자
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| 에코프로가 개발한 NCA 양극재 제품. |
에코프로의 1호 양극재인 NCA가 전동공구, 청소기에 이어 전기자동차와 에너지저장장치(ESS)용 양극재로 확대되며 K배터리 양극소재 시장을 선도하고 있다.
에코프로의 NCA는 리튬이온전지를 세계 최초로 개발해 상용화한 일본 소니로부터 양극재 기술지도를 받은 뒤 소니에 납품까지 하며 한국과 일본 배터리 소재 산업의 가교 역할을 했다.
에코프로에 따르면 올 상반기까지 NCA 양극재 누적 판매량은 약 30만t에 이른다. 약 300만 대의 전기차를 만들 수 있는 분량이다.
2008년 처음 NCA 양극소재 상업 생산을 시작한 이후 2021년까지 전동공구와 전기자전거용으로 약 10만t의 NCA 양극재를 판매했으며 2022년 이후 전기차와 ESS 배터리 수요가 늘며 약 20만t의 NCA 양극재 판매고를 올렸다.
NCA 양극재는 에코프로가 2004년 처음 이차전지 사업을 시작한 이후 가장 먼저 개발에 나선 양극재 제품이었다.
NCA 소재는 기존 NCM(니켈, 코발트, 망간) 소재보다 에너지 밀도가 20~30%가량 높지만 공정이 까다로워 기술장벽이 높았다.
에코프로는 "머지않아 전기자동차와 에너지저장장치 등 중대형 이차전지 시장이 오면 출력이 우수한 NCA가 대세가 될 것"이라는 판단으로 이차전지 사업에 착수한 초기부터 NCA 기술진화에 노력했다.
일본이 주도하고 있던 이차전지 시장에서 토종기업으로 출사표를 던진 에코프로는 개발에 필요한 장비를 직접 만드는 방식으로 기술 내재화를 이뤄왔다. 2005년 전구체 설비 준공에 이어 2006년 제일모직으로부터 양극재 사업을 인수하며 본격 NCA 양극재 기업으로 발돋움하기 시작했다.
◇ 세계1위 소니 기술지도로 경쟁력 키우고 소니 납품까지 성공
에코프로의 NCA 양극소재 개발 역량이 한 단계 올라선 건 당시 세계 1위 이차전지 업체였던 일본 소니의 기술지도의 역할이 컸다. 에코프로는 2008년 국내 최초로 하이니켈 NCA 양극 소재 상용화에 성공한 뒤 "이차전지를 가장 잘 만드는 일본 소니를 고객사로 만들자"는 담대한 목표를 세웠다.
2010년, 2011년 두 해 연속 '배터리 저팬'에 참석해 홍보부스를 마련하는 등 소니를 노크했다. 마침 양극소재 밸류 체인 다각화에 대한 수요가 있었던 소니의 문이 에코프로에 열리기 시작했다.
당시 소니는 '배터리 저팬'에 전시한 에코프로 양극소재 기술력을 눈 여겨 본 뒤 충북 오창에 기술진을 파견, 금속이물을 제거하고 양극재 제조 과정에서 발생하는 미반응 리튬을 낮춰달라고 요청했다. 미반응 잔류리튬은 양극재 성능을 떨어뜨리는데 니켈 함량이 80% 이상일 경우 통상 잔류리튬 수준은 1만ppm(1%) 수준이다.
소니는 이를 2000ppm(0.2%)으로 낮춰달라고 요청했다. '세상에 없는 NCA 양극재'를 새롭게 만들어 달라는 주문이었다. 에코프로 연구진은 관련 기술에 대한 논문, 특허 등을 다각도로 찾아보고 동시에 다양한 실험을 반복한 결과 해당 제품에 대한 승인을 받았다.
소니의 기술 지도를 거치며 에코프로의 하이니켈 양극재 제조 기술은 빠르게 고도화했고 2013년 소니에 6t의 배터리 양극소재를 시험 공급하는 데 성공했다. 이후 2015년 에코프로의 품질 수준이 '업그레이드' 되는 것을 지켜본 소니가 에코프로의 기술력을 인정하며 장기공급 계약으로도 이어졌다.
최문호 에코프로비엠 대표는 "당시 소니가 요구했던 것은 세상에 없는 하이니켈 NCA였다"며 "NCA의 단점을 모두 개선할 수는 없었지만 도전적으로 연구 개발해 왔던 수백 개의 시제품을 바탕으로 단기간에 고객을 다변화할 수 있었다"고 회고했다.
◇삼성SDI로의 판매처 확대와 JV 설립
소니의 기술지도를 받은 에코프로는 불순물이 없고 품질 등에서 뛰어난 NCA 양극재를 만들게 된다. 리튬이온전지를 세계 최초로 개발하고 대중화시킨 소니의 눈높이를 넘자 에코프로는 재도약의 발판을 마련할 수 있었다.
기술력을 갖춘 에코프로는 변화하는 시장 수요에 맞는 NCA 제품을 개발해 판매하기 시작했다. 2013년 이후 전기자전거 등 중대형 이차전지가 적용되는 제품의 수요가 늘며 고출력 고용량에 특화한 NCA 양극소재 수요가 늘어난 것이다.
출력과 밀접한 니켈 함량을 늘리는 작업도 이어졌다. 삼성SDI에서 니켈이 90% 이상 포함된 하이니켈 양극재를 개발해달라고 에코프로에 요청했다. 에코프로는 지속적인 연구개발을 거쳐 2015년부터 삼성SDI에 NCA 양극재를 납품할 수 있었다.
이에 따라 하이니켈 NCA는 초창기 니켈함량 비중 80%를 시작으로 88%, 91%까지 성능을 높였고 현재 95% 비중의 NCA 제품이 개발 중이다.
삼성SDI와의 협력은 2021년 합작법인(JV) 에코프로이엠 설립으로 이어져 에코프로이엠에서 생산되는 NCA 양극재 제품은 전량 삼성SDI로 납품되고 있다.
에코프로는 전동공구에 이어 전기차, ESS 등으로 어플리케이션을 확대하며 판매량을 늘려가는 중이다.
특히 최근 ESS 시장이 확대하며 에코프로의 ESS용 양극재 판매량도 지난해 2023년 대비 6배 수준으로 확대했다.
에코프로 관계자는 "에코프로의 NCA 개발 역사와 경쟁력은 곧 에코프로의 도전과 혁신의 기록"이라며 "배터리 종주국인 일본과의 기술협력을 바탕으로 NCA 국산화에 성공한 만큼 ESS를 포함한 다양한 포트폴리오를 통해 시장을 확대해 나가겠다"고 말했다.
포항=김규동 기자 korea808080@
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