차세대 배터리 소재로 꼽히는 실리콘 음극재 경쟁이 전기차 시장을 넘어 방산 분야로 확산하고 있다. 국내 배터리 소재 기업 포스코퓨처엠이 경북 포항 영일만산업단지에 있는 실리콘 음극재 데모플랜트를 언론에 공개하면서, 2028년 양산을 목표로 한 기술 개발과 수요 확보 전략이 구체화됐다.
실리콘 음극재는 리튬이온 배터리의 음극재를 기존 흑연 중심에서 실리콘 기반으로 바꾸는 소재다. 배터리가 충전될 때 리튬이온을 저장하는 역할을 하는데, 실리콘은 흑연보다 이론적으로 훨씬 많은 에너지를 담을 수 있어 주행거리와 충전 속도를 동시에 끌어올릴 후보로 평가된다.
다만 기술적 난점도 분명하다. 실리콘은 충전 과정에서 부피가 크게 팽창하는 특성이 있어 그대로 쓰면 배터리 수명과 안정성을 떨어뜨릴 수 있다. 업계가 실리콘을 미세하게 가공하고 탄소와 결합한 복합 소재 형태로 개발하는 이유다.
포항 데모플랜트, 양산 공장의 축소판
포스코퓨처엠의 데모플랜트는 연간 50t 규모의 시제품 생산 능력을 갖춘 시설로, 향후 양산 공정의 축소판 역할을 한다. 고객사가 샘플을 요구할 때 시험 생산을 진행하고, 공정 안정성이나 소재 성능을 검증하는 거점이다. 회사는 2019년부터 관련 연구개발을 시작해 자체 기술을 확보했다고 설명했다.
핵심 공정은 실리콘 원료를 잘게 쪼개는 나노화 단계와, 이를 탄소와 섞어 굽고 코팅하는 복합화 단계로 나뉜다. 이 과정을 거치면 실리콘의 에너지 저장 장점은 살리면서도 과도한 팽창을 줄일 수 있다. 원문 보도에 따르면 포스코퓨처엠은 공정 처리 후 팽창률을 크게 낮추는 방향으로 기술을 조정하고 있다.
이 소재가 주목받는 가장 큰 이유는 고성능 배터리가 필요한 산업이 빠르게 늘고 있기 때문이다. 장거리 전기차, 고출력 자율주행차, 휴머노이드 로봇처럼 에너지 밀도와 충전 성능을 동시에 요구하는 제품군에서는 음극재 성능이 배터리 경쟁력의 중요한 변수로 작용한다.
전기차보다 높은 성능 요구하는 방산 시장
최근에는 방산 분야가 새로운 수요처로 부상하고 있다. 드론, 무인 장비, 잠수함 등은 작동 시간과 출력 안정성이 작전 성능과 직결된다. 같은 무게와 부피에서 더 많은 에너지를 담을 수 있는 배터리는 장비 운용 시간을 늘리고 탑재 설계의 자유도를 높일 수 있다.
전기차 배터리에서는 실리콘 혼합 비중이 아직 제한적으로 쓰이는 경우가 많지만, 방산용 배터리는 더 높은 실리콘 비중을 요구할 수 있다. 포스코퓨처엠은 실리콘 음극재 혼합 비중을 높이는 기술을 확보했다는 점을 강조하고 있다. 이는 전기차용 소재 공급을 넘어 고부가 특수 배터리 시장까지 겨냥하겠다는 의미로 읽힌다.
지정학적 긴장이 이어지면서 공급망 측면의 계산도 복잡해졌다. 중국 업체들이 실리콘 음극재 시장에서 빠르게 움직이는 가운데, 미국과 우방국 방산 기업들은 중국 의존도를 낮출 수 있는 소재 공급처를 찾는 분위기다. 국내 기업 입장에서는 성능뿐 아니라 공급 안정성, 원산지, 보안 기준까지 경쟁 요소가 될 수 있다.
2030년대 시장 선점이 관건
시장 전망도 빠르게 커지고 있다. 원문이 인용한 QY리서치 전망에 따르면 전 세계 실리콘 음극재 시장은 2024년 약 6850억 원에서 2031년 약 6조4390억 원 규모로 성장할 것으로 예상된다. 연평균 성장률이 높다는 것은 아직 표준 공정과 주요 고객 구도가 완전히 굳지 않았다는 뜻이기도 하다.
포스코퓨처엠의 과제는 데모플랜트에서 검증한 기술을 양산 수율과 가격 경쟁력으로 연결하는 것이다. 실리콘 음극재는 흑연 음극재보다 비싼 고부가 소재로 꼽히지만, 실제 고객사가 채택하려면 성능 개선 폭이 비용 상승을 설명할 만큼 분명해야 한다. 장기 공급 계약을 확보하려면 안정적인 품질 관리도 필수다.
배터리 산업의 경쟁 축은 완성차 판매량이나 셀 생산능력만으로 설명하기 어려워지고 있다. 소재 단계에서 에너지 밀도와 충전 속도, 공급망 리스크를 동시에 해결하는 기업이 다음 투자 사이클의 주도권을 가져갈 가능성이 크다. 실리콘 음극재 양산 경쟁이 본격화되면서 국내 배터리 소재 기업들의 기술 검증 속도도 한층 빨라질 전망이다.
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