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[IT뉴스]“中 전량수입 의존” 이차전지 핵심소재…국산 흑연 확보 길 열렸다

온카뱅크관리자

2025-09-11 10:37:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - 에너지연, 이차전지용 고순도 흑연 음극재 생산 기술 개발 
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 <img alt="한국에너지기술연구원 연구진이 고순도 흑연 음극재 생산기술 관련 연구를 수행하고 있다.[한국에너지기술연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/11/ned/20250911103350500qhmb.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="4bO4AcYcGL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/11/ned/20250911103350500qhmb.jpg" width="658">
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 한국에너지기술연구원 연구진이 고순도 흑연 음극재 생산기술 관련 연구를 수행하고 있다.[한국에너지기술연구원 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 한국에너지기술연구원 한유진·박상훈 박사 연구팀이 산업 공정에서 발생하는 흑연 부산물을 정제해 이차전지용 고순도 흑연 음극재로 활용하는 원천 기술을 개발했다.
 흑연은 전기차용 리튬이온배터리 음극재의 핵심 원료다. 음극재는 배터리 셀 무게 중 약 30%를 담당하고 있으며, 흑연은 배터리 제조 원가의 10%를 차지한다. 그러나 우리나라는 음극재용 상용 흑연의 90% 이상을 중국 수입에 의존하고 있어 국제 정세에 따라 가격급등과 수급 불안정 등의 문제를 일으킬 수 있다.
 실제 지난 7월, 미국 상무부가 중국산 음극재용 흑연에 고율 관세를 부과하면서 향후 중국산 흑연의 안정적 수급에 차질이 발생할 우려가 제기되고 있다.
 연구진은 이러한 상황에 대응하기 위해 국내 산업 부산물을 고부가가치 음극재로 전환하는 기술을 개발했다. 흑연 부산물의 금속 불순물을 처리하는 신공정을 개발해 기존 공정을 대폭 축소함으로써, 상용 흑연 음극재와 동등한 수준의 경제성을 갖는 흑연 음극재를 제작하는 데 성공했다.
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 <img alt="연구진이 개발한 기술로 정제된 흑연.[한국에너지기술연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/11/ned/20250911103350765zpku.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="8R9CpUMUtn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/11/ned/20250911103350765zpku.jpg" width="658">
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 연구진이 개발한 기술로 정제된 흑연.[한국에너지기술연구원 제공]
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 흑연 부산물로부터 고순도·고성능 음극재를 확보하기 위해서는 부산물 내부에 남은 금속 불순물을 완벽히 제거해야한다. 그러나 현재까지 연구된 기술은 불순물 제거를 위해 강한 산처리와 2000℃ 이상의 초고온 열처리 과정이 필요하다. 이에 따라 환경오염과 높은 비용이 발생하며 상용 흑연 생산 대비 경제성이 떨어지게 된다. 특히 흑연 내부에 존재하는 불순물을 효과적으로 제거하는 연구도 부족해 재생된 흑연의 성능을 장담할 수 없다.
 연구진은 초음파 처리를 통한 표면 불순물 제거, 내부 금속 불순물 제거, 표면 탄소 코팅을 통한 구조 복원의 3단계 공정을 개발했다. 이를 활용하면 기존 기술보다 낮은 온도에서도 불순물을 효과적으로 제거할 수 있어 경제성과 친환경성을 동시에 확보할 수 있다.
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 <img alt="박성훈(왼쪽부터) 책임연구원, 이승민 인턴연구원, 조산성 학생연구원, 박준혁 학생연구원, 한유진 박사.[한국에너지기술연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/11/ned/20250911103351010pyvr.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="PZGiChphtJ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/11/ned/20250911103351010pyvr.jpg" width="658">
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 박성훈(왼쪽부터) 책임연구원, 이승민 인턴연구원, 조산성 학생연구원, 박준혁 학생연구원, 한유진 박사.[한국에너지기술연구원 제공]
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 개발된 기술로 제조한 흑연 음극재는 최초 충·방전 효율이 92%에 달했으며, 용량은 1그램당 362밀리암페어시(mAh/g)로 상용 흑연 음극재와 동등한 수준을 보였다. 또한 200회 충·방전 후에도 초기 용량의 98%를 유지해, 상용 흑연 음극재에 버금가는 안정성을 확인했다.
 경제성 분석에서도 뚜렷한 장점이 확인됐다. 기존 음극재용 상용 흑연을 생산할 때도 2800℃ 이상의 고온 열처리가 필요해 막대한 에너지가 소모 되지만, 이 기술은 상용 흑연 생산 대비 약 60%의 비용을 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 연구진은 후속 연구를 통해 열처리와 산처리가 필요 없는 공정을 개발 중이다.
 한유진 박사는 “흑연은 그간 국산화 논의에서 소외돼 있던 소재지만 국가 전략 광물로서의 중요성이 갈수록 부각되고 있다”며, “이번 기술은 국내 산업 부산물을 활용해 고부가가치 음극재를 확보함으로써 흑연 수급 안정성을 강화하고 자립 기반을 마련하는 중요한 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.
 이번 연구결과는 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’ 7월호에 게재됐다.
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