피치 첫 국내 생산

포스코퓨처엠과 OCI홀딩스의 합작사인 피앤오케미컬은 13일 충남 공주시 탄천산업단지에서 국내 첫 배터리 음극재 코팅용 피치 생산 공장 준공식을 개최했습니다.

 

배터리 음극재 코팅제 피치

 전기차 약 300만대에 들어갈 배터리를 제조하는 데 쓰일 고연화점 피치를 연간 1만 5천 t 생산할 수 있습니다.
피치는 석탄이나 석유를 정제할 때 생기는 콜타르, 잔사유 등 부산물의 가공을 통해 만들어지며, 배터리 음극재 코팅제나 제철소에서 열을 일으키는 전극봉 원료 등으로 쓰입니다. 배터리의 음극은 전지의 부정극으로서, 주로 리튬이나 다른 금속 산화물을 사용하여 만들어집니다. 음극제 코팅은 이러한 음극 소재의 표면에 특정한 물질을 입히는 프로세스를 의미합니다. 피앤오케미컬이 생산할 피치는 석탄에서 뽑아 만드는 일반 피치보다 고온에 견딜 수 있는 석유계 고연화점 제품입니다. 흑연 등을 가공해 만드는 음극재에 코팅하면 배터리 팽창을 줄이고 충·방전 속도를 높일 수 있습니다. 음극재는 뜨거운 불에 구운 흑연을 마이크로미터 단위 크기의 고운 가루로 만들고, 여기에 다시 피치를 코팅하는 과정을 거쳐 만들어집니다.

그간 배터리 음극재 코팅제로 쓰이는 석유계 고연화점 피치는 독일, 중국 등에서 전량 수입됐습니다. 피앤오케미칼은 지난 2021년 8월부터 음극재 코팅용 피치의 국산화를 추진해 본격적인 국내 양산 체제를 갖췄습니다. 
음극재용 피치 공장 준공으로 포스코그룹의 배터리 소재 계열사인 포스코퓨처엠은 양극재에 이어 음극재 원료, 중간 소재, 최종 제품 생산에 이르는 풀 밸류체인(가치사슬) 완성에 한발 더 나아가 사업 경쟁력을 더욱 높일 수 있게 됐다고 자평하며 안정적 원료 공급망과 독보적 기술을 바탕으로 국내 배터리 산업 경쟁력 강화에 기여하겠다"라고 밝혔습니다.  기존의 석탄계 액상 피치에서 석유계 고연화점 피치까지 고부가가치 첨단 소재 분야로 사업 영역을 확대하게 됐다고 합니다.

음극제 코팅의 의미

음극 소재로는 리튬 코발트 옥사이드 (LiCoO2), 리튬 니켈 산화물 (LiNiO2), 리튬 망간 산화물 (LiMn2O4) 등이 있습니다. 이러한 물질은 전기 화학적 반응을 통해 전력을 생성하고 축적할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 음극에 코팅을 하면 전기 전도성이 향상되어 전지의 성능이 향상될 수 있습니다. 코팅은 전지의 안전성을 향상시킬향상할 수 있으며  특히, 리튬 이온 배터리의 경우에는 코팅이 전해질에 대한 안정성을 높일 수 있습니다. 배터리가 충전 및 방전 주기를 반복하면서 손상을 받는데, 코팅은 이러한 주기에 대한 안정성을 향상할 수 있습니다. 일부 코팅은 음극 소재의 화학적 안정성을 높일 수 있어 배터리 수명을 연장할 수 있으며  피치는 일반적으로 음극제의 제조 과정에서 사용되는 소재 중 하나입니다. 피치는 정유 과정에서 나오는 유기물로서  음극 소재의 제조에 사용될 때 전기 전도성을 향상하고 안정성을 높일 수 있습니다. 다양한 배터리 소재 및 코팅 공정이 있으며  연구 및 기술 발전에 따라 새로운 소재와 기술이 계속 도입되고 발전하고 있습니다.

 

배터리의 소재와 코팅 공정

1. 리튬 이온 배터리: 소재- 음극(리튬 코발트 옥사이드 (LiCoO2), 리튬 니켈 산화물 (LiNiO2), 리튬 망간 산화물 (LiMn2O4) )  양극(탄화된 리튬 (LiC6), 리튬 철 인산화물 (LiFePO4) ).  코팅공정 -  음극코팅(음극은 일반적으로 알루미늄 호일에 코팅되며 코팅은 리튬 이온의 안정성과 전도성을 향상하는 데 중요합니다. 일반적으로는 음극 소재의 분말을 적층하고 배합된 연료와 결합시키는 과정이 포함됩니다. ).  양극코팅(양극은 구리 호일에 코팅되는데, 이 코팅은 리튬의 삽입 및 추출을 용이하게 만들고 전도성을 향상합니다.)  2. 리튬 폴리머 배터리: 소재- 리튬 폴리머 배터리는 일반적으로 리튬 이온 배터리와 유사한 소재를 사용하지만  음극 및 양극 소재가 액체 전해액이 아닌 고체 전해체로 대체됩니다. 코팅공정- 소재의 고체 상태로 인해 전해액을 사용하지 않기 때문에 전해액 코팅이 필요 없습니다. 대신, 소재를 박히거나 적층 하는 공정이 사용됩니다. 3. 니켈 수소 배터리: 소재 - 음극(수소를 흡수하는 금속 수소 합금 사용합니다.)   양극(산화된 금속 산화물 사용합나다.)   코팅공정- 고체 상태의 소재를 사용하며  음극과 양극은 각각의 전극에 적층 되거나 형성되는 방식으로 만들어집니다. 4. 니켈 카드뮴 배터리: 소재-  음극(카드뮴.)  양극(니켈 산화물. )    코팅공정- 각 전극은 각각의 금속을 통해 형성되며, 일반적으로 압축된 상태로 적용됩니다. 이외에도 다양한 배터리가 있으며 코팅은 배터리의 안전성 성능 수명등에 큰 영향을 미칩니다.