배터리 핵심소재 코발트(Co)의 역사

작성자
koev02031
작성일
2020-06-30 17:10
조회
7
7개의 금속이 들어간 리튬 이온 전지



유럽의 COBRA 프로젝트는 코발트 없는 EV 배터리 개발을 위한 유럽 연합의 연구 프로젝트이다. 금속 가격은 LME(London Metal Exchange)에 의하여 결정된다. 바꿔 말하면 금속은 LME 의존도가 커서 경영 기법을 발휘하기 어려운 사업이다. 그래서 POSCO 같은 금속 회사가 사업 다각화에 적극적인 것이다. 금속 가격이 내려가는 추세라면 광석을 비싸게 사서 금속을 싸게 팔아야 한다. 아무리 노력해도 적자를 피할 수 없다. 반대의 경우는 가만히 앉아서 이익을 낼 수 있다. 우리가 통제할 수 없는 요소에 의하여 지배를 받는 사업은 매력도가 떨어진다.

리튬 이온 전지를 ‘소재 중심의 전지’라고 한다. 납축전지에 들어가는 금속 소재는 납(Pb) 하나뿐이다. 니카드전지는 카드뮴(Cd)과 니켈(Ni)이 들어가고, 니켈 수소 전지는 수소 저장 합금과 니켈이 들어간다. 이런 2차 전지들과 달리 리튬 이온 전지에는 7개의 금속이 들어간다. 금속이 많이 들어가기 때문에 가격을 내리기 어려운 면이 있다. 특히 7개의 금속 중에서 리튬 이온 전지에 가장 큰 영향을 끼치는 것이 리튬(Li)과 코발트(Co)이다. 리튬 이온 전지가 리튬과 코발트의 가장 큰 시장이므로 전지 시장 상황에 민감하게 반응하는 것이다.



코발트의 역사

코발트(Co)는 구리(Cu)와 같은 광석에서 나온다. 최대 매장지는 중앙아프리카 콩고의 Copper Belt이다. 콩고는 타잔의 주 무대로 유명하다. 그만큼 밀림이 울창하기로 유명한 곳이다. 1836년 미국의 찰스 굿이어(Goodyear)가 고무를 발명하고, 이어서 고무가 자동차 타이어에 사용되자 고무는 ‘검은 황금’이 된다. 고무나무가 가장 많은 곳이 바로 중앙아프리카 콩고이다.

벨기에 2대 국왕에는 욕심 많은 왕이 등장한다. 레오폴드 2세이다. 레오폴드 2세는 콩고를 식민지로 만들어 고무를 독차지한다. 레오폴드 2세는 고무 생산을 위해 콩고 주민을 잔인하게 혹사한다. 고무 노동자가 생산량을 달성하지 못하면 자식의 손, 발을 자르는 일도 서슴지 않았다. 1865년 즉위하여 1909년 죽을 때까지 어마어마하게 많은 콩고 사람들이 죽고, 고통을 받았다. 역사에서는 그를 인간 도살자라고 부른다.

벨기에는 식민지였던 콩고에 코발트 광산을 가지고 있었다. 벨기에의 Umicore는 코발트 사업을 하는 회사이다. Umicore가 삼성SDI와 협력하여 2000년 LCO 소재 사업을 천안에서 한 것은 이런 역사적인 뿌리가 있기 때문이다. 현재 코발트 공급의 주도권을 잡고 있는 회사는 스위스 Glencore와 중국의 Huayou이다.

1990년대 리튬 이온 전지 시장이 급성장하자 코발트 공급이 부족해지면서 코발트 가격이 올랐다. 이것이 ‘코발트 1차 파동’이다. 2000년대 초 전지 회사는 휴대용 전자기기 Major OEM에 코발트 가격 상승과 연동하여 전지 가격을 올려줄 것을 요구했다. 휴대용 전자기기 Major OEM은 반대한다. 그러자 Top3인 Sony, Sanyo, Panasonic은 한 달간 전지를 공급하지 않는 강공책을 쓴다. 전지가 없으면 휴대폰이나 노트북을 판매할 수 없다. 전지는 휴대용 전자기기에서 핵심 중의 핵심인 부품이다. 마침내 Major OEM은 손을 든다. 이때 전지 가격이 많이 올랐다.

2016년부터 중국은 승용차의 전지로 LFP 전지 대신 NCM 전지를 사용하기 시작했다. NCM 전지는 LFP 전지보다 에너지 밀도가 높아 주행 거리를 늘릴 수 있다. LFP(LiFePO4)에는 코발트가 들어가지 않는다. 중국 승용차의 60% 이상이 LFP에서 NCM으로 바뀌자 코발트 수요가 늘어나면서 가격이 급상승했다. 이것이 ‘코발트 2차 파동’이다. 2019년이 되자 코발트 가격은 안정되었다.

콩고의 코발트 광산은 아직도 미개하다. 어린아이들이 지옥과 같은 환경에서 일하는 것을 발견할 수 있다. 그래서 전지산업계에서는 자원이 어떤 과정을 거쳐서 만들어지는지에 대하여 신경을 쓰기 시작했다.



신중함이 필요한 자원 사업

자원의 역사는 피와 착취의 역사이다. 제국 시대에 식민지는 자원과 깊은 관련이 있다. 우리는 식민지를 가져본 적이 없다. 그런 나라는 자원 외교에 대하여 신중해야 한다. 경험도 없고, 축적된 데이터나 자료도 없으므로 자칫 잘못하면 험한 산속에 있는 아르헨티나 소금 호수에서 소금물을 국내로 가져와 리튬 화합물을 만들겠다는 꿈과 같은 구상을 할 수도 있다. 자원에 관련된 일은 실무자는 물론이고 책임자가 현장을 반드시 직접 봐야 한다.



※ (참고) 리튬

1991년 리튬 이온 전지가 시장에 나오기 전까지 리튬은 리튬 1차 전지와 정신과 치료제로 소량 사용됐다. 금속 형태로 사용하므로 광산에서 광석을 캐내 전통적인 제련법으로 리튬을 추출했다. 리튬 이온 전지에서는 리튬을 화합물 형태로 사용한다. 사용량도 획기적으로 늘었다. 이렇게 되자 효율적인 제조법이 필요했다. 소금 호수(Brine Pool)에서 리튬 화합물을 채취하는 방법이 개발된 것이다. 염전에서 바닷물을 증발시켜 소금을 얻는 것과 같은 방법으로 리튬 화합물을 추출했다.

소금 호수는 남아메리카의 안데스산맥 우측에 집중되어 있다. 나라로 말하면 칠레, 볼리비아, 아르헨티나이다. 칠레의 SQM과 미국의 FMC, Rockwood가 리튬 공급 업체이다.

소금 호수에서 리튬 화합물을 얻는 데에는 18~24개월이 걸린다. POSCO는 약품을 사용하여 이 기간을 2주로 줄이는 기술을 개발하고 국내에 공장을 건설한다. 아르헨티나 소금 호수에서 퍼낸 소금물을 수입해 온다는 계획이었다. 소금물을 배로 수입해 온다는 것이 상식적으로 이해가 안 되는 일이었지만 POSCO는 강행한다. 그러나 아르헨티나는 소금물을 보내지 않았다. 약품 처리하여 얻는 리튬 화합물이 경제성이 없다는 의견도 POSCO 내부에서 나왔다. 이렇게 되자 POSCO는 리튬 화합물 공장을 폐전지 처리 공장으로 전환하면서 리튬 화합물 추출 사업에서 철수한다.
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