포스코퓨처엠

불확실한 세계 경제 속에서도 혁신과 도전을멈추지 않는 포스코그룹. 2025년 CEO메시지에서 제시한 네 가지 핵심 과제 ‘안전일터 구현’, ‘기술우위 실현’, ‘성장동력 확보’, ‘경쟁력 제고’를 중심으로 글로벌 초일류 기업으로 도약하고 있는데요. 이 중심에는 바로, 한계를 뛰어넘는 팀워크와전문성으로 똘똘 뭉친 ‘드림팀들’이 있습니다. 그 세 번째 주인공은 ‘성장동력 확보’를위해 미래 전기차 배터리 시장의 게임 체인저로 꼽히는 핵심 소재 LMR(리튬망간리치) 개발과 상용화를 이끌고 있는 포스코퓨처엠 기술연구소 양극재개발그룹입니다.<편집실> 

포스코퓨처엠 기술연구소 양극재개발그룹은 전기차 배터리의 핵심 소재인 양극재에 대해 연구하고 상용화를 이끄는 부서인데요.

특히, LMR은 최근 글로벌 완성차사들이 잇달아 LMR 배터리를장착한 전기차 출시 계획을 밝히며 시장에서 큰 주목을 받고 있는데요. 올해 제너럴모터스(GM)와 포드(Ford) 역시 각각 2028년과 2030년 LMR 배터리를 채택한 전기차를 출시하겠다고 공식화했으며, 포스코퓨처엠은 이러한 미래 전기차 시장의 새로운 게임체인저가 될 LMR 배터리의 양극재 개발에 사활을 걸었습니다.  

포스코그룹의 미래 성장동력이자, 전기차 배터리시장의 새로운 지평을 열고자 포스코퓨처엠 기술연구소 양극재개발그룹이 일궈온 성과들을 여러분께 소개합니다! 

LMR(리튬망간리치) 배터리는 중국이 기술개발을 주도하는 LFP(리튬인산철) 배터리의 대항마로 주목받고 있는데요. 포스코퓨처엠이 바로 이 LMR 배터리용 양극재 개발에 성공해 양산기술 확보에 들어갔습니다. 

LMR 양극재는 다른 양극재 대비 가격이 비싼 코발트와 니켈 사용량을 대폭 줄이고, 저렴한 망간의 사용량을 늘린 양극재인데요. 특히, LFP보다 에너지 밀도가 높아 배터리 용량과 성능을 키울 수 있고, 이로 인해 주행거리를 늘릴 수 있다는 장점이 있죠. 또, 리사이클링이 어려운 LFP와 달리 LMR은 리튬 회수율이 높아 재활용성 측면에서도 우위를 지닙니다.

물론, LMR 배터리는 장점도 많은 반면 양산을 위해 넘어야 할 산들이 있는데요. 성능 저하를 방지하기 위해 평균 전압을 안정적으로 유지해주는 다양한 요소기술들이 뒷받침돼야 하고, LMR이 배터리 내부에서 전해질 등과 반응해 발생시키는 불필요한 가스를 억제하기 위한 양극재 표면 코팅 기술 개발도 필요합니다. 즉, LMR 생산을 위해서는 새로운 기술력을 필요로 하기 때문에 이미 대규모 LFP 양산체제를 구축해 둔 중국이 LMR 생산체제로 전환하기는 어려운 상황입니다. 

포스코퓨처엠 양극재개발그룹은 이처럼 개발 과정이 복잡하지만 더 많은 장점을 지닌 LMR을 개발하고자 실험실(Lab) 단계와 파일럿(Pilot) 단계의 연구개발을 거쳤는데요. 먼저 실험실 단계에서는 창의적 아이디어와 실험적 접근으로 소재의 기본 특성을 찾고, 파일럿 단계에서는 양산 조건에 근접한 환경에서의 검증을 통해 공정 안정성과 경제성을 확보하는 데 주력했습니다. 기존 배터리의 한계를 극복한 LMR 배터리의 양극재 개발 과정을 단계별로 쉽게 설명해 드리겠습니다.  

실험실 단계 연구개발이란 양극재 소재의 기본 특성과 최적의 조합, 공정 조건을 빠르고 정확하게 탐색하는 것을 말합니다. 양극재를 만들기 전 단계의 원료 화합물인 전구체는 니켈과 코발트, 망간, 알루미늄 등 다양한 금속 원료로 구성됩니다. 전구체에 리튬 소스를 첨가한 뒤 고온에서 합성하는 ‘소성’ 과정을 거치면 최종적으로 양극재가 생산 되는 것이죠!  

연구진은 LMR 양극재의 성능 향상과 원가 절감을 목표로 다양한 전구체 후보군을 선정해 주요 물성 특성을 평가한 후 최적의 소재를 찾아 실험에 착수했습니다. 전구체에 리튬을 섞어 고열로 익히는 소성 과정에서 양극재의 성능을 극대화하고자 다양한 요소 기술을 적용하고 변수의 영향을 분석했습니다. 이어, 배터리 초기 용량과 수명 등 다양한 성능 평가 과정을 거쳐 최적화된 LMR 양극재를 도출했습니다. 양극재의 성능 극대화를 목표로 소재 설계와 공정 조건을 끊임없이 개선하며 실험을 이어간 끝에 양산 적용 가능성까지 검토할 수 있었습니다.

파일럿 공정기술은 이전 단계에서 개발된 양극재의 성능을 실제 양산 환경과 유사한 파일럿 라인에서 검증하는 것을 말합니다. 실험실에서 좋은 성능을 보인 양극재라도 공정 조건, 생산량 차이로 인해 실제 양산 환경에서는 성능이 제대로 구현되지 않을 수 있는데요. 이를 보완하고자 실험실에서 설계한 소성 조건을 파일럿 라인에 적용해 적절한 장입량과 생산량, 소성로 조건 등을 검토했습니다.  

실험실 단계에서는 100~200g 단위로 양극재를 소성할 수 있는데 고객사는 작게는 킬로그램, 크게는 톤 단위의 샘플을 요구하기 때문에 파일럿 단계에서 대응하고 있습니다. 대량 생산에서는 미세한 공정 변화도 품질에 큰 영향을 줄 수 있어 각 조건에 대한 세심한 조정이 필수적인데요. 

파일럿 라인은 구간별로 온도와 급·배기 조건을 조절할 수 있지만, 한 가지 조건만 달라도 양극재 성능이 달라지기 때문에 다양한 조건을 반복 실험·분석해 최적화함으로써, 실험실 단계와 유사한 성능의 양극재를 파일럿 단계에서도 안정적으로 생산할 수 있었습니다. 고객사는 파일럿 샘플을 통해 양산 가능성을 검증할 수 있고 회사는 균일한 양극재 제품 생산을 위한 최적의 조건을 확보할 수 있어, 파일럿 단계 연구개발은 양극재 양산 전 거쳐야 하는 필수 과정이라고 할 수 있습니다!

파일럿 생산과 고객사 평가를 거쳐 최종적으로 기술을 완성할 수 있었는데요. 개발 과정에서 쌓은 기술적 노하우와 꾸준한 소통으로 팀의 전문성과 팀워크는 전보다 더욱 견고해졌습니다. 또한, 고객사의 다양한 피드백을 적극적으로 반영하면서 시장 대응력과 고객 중심의 기술개발 역량이 크게 향상됐죠. 이러한 성공 경험이 모여 팀원들에게 자신감과 자부심을 심어주었고, 새로운 연구 과제에도 더 도전적으로 임할 수 있는 동기가 됐습니다.

현재 글로벌 배터리 시장은 핵심 소재와부품 공급망이 중국에 지나치게 집중돼 있습니다. 따라서 중장기적으로 지속가능한 산업 경쟁력을 확보하려면 탈중국화와 공급망 다변화 전략이 요구되는데요. 때문에 저희팀의 가장 큰 목표는 중국이 주도하는 LFP 배터리에대응해 안정적인 공급망과 기술력을 갖춘 LMR 배터리를성공적으로 상용화해 양산하는 것입니다.

앞으로도 배터리 소재 안정성 강화, 가격경쟁력 확보, 충·방전 성능 개선 등을 기술적으로 보완하고 생산, 품질, 판매 등 다양한 유관부서와 협업해 포스코그룹의 지속가능한성장동력을 만들어가겠습니다!

글로벌 배터리 시장을 선점을 목표로
차세대 소재 개발은 물론 LMR 양산화에 전력을 다하고 있는
포스코퓨처엠 기술연구소 양극재개발그룹에 많은 응원 부탁드립니다. 
 

사진 = 엄인옥 포스코 커뮤니케이션실 

 

* 출처 : 본 콘텐츠는 포스코투데이에 게재된 <출발! 성장 드림팀>을 전재했습니다.