원자재

원자재는 공업 생산의 원료가 되는 자재이다. 전기차 핵심 부품인 배터리의 핵심 원자재는 리튬, 니켈, 코발트, 망가니즈 등이 있다. 전기차 배터리 수요 증가로 리튬·니켈·코발트 등 원자재 가격이 치솟자 배터리업계가 배터리 소재 확보에 나서고 있다. 원자재 공급처 확보와 함께 폐배터리 재활용 사업에도 집중하고 있다.

2021년 9월 11일 업계에 따르면 국내 배터리3사는 배터리 원자재를 생산하는 세계 광물업체들과 대규모 공급 계약을 체결했다. 전기차 배터리 시장이 격화되면서 안정적인 소재 공급원 확보가 중요해져 장기계약 체결을 통해 원자재 가격 변동에 따른 리스크를 줄이기 위해서다.

폐배터리에서 배터리 원료를 추출해 다시 활용하는 사업도 펼치고 있다. 배터리에 쓰이는 주요 광물들은 대부분 희귀금속으로 매장량이 한정적인데 전량 해외 생산에 의존하고 있다. 이에 폐배터리를 통해 원자재를 확보한다면 배터리 제조 원가절감을 기대할 수 있기 때문이다.

배터리 주요 원자재

• 리튬

리튬 자원은 광석, 염호(鹽湖)와 점토에 분포해있다. 미 지질조사국은 경제성 있는 리튬 채굴 매장량을 약 2100만톤으로 추정한다. 2100만톤 기준 국가별 매장 비중은 칠레 44%, 호주 22%, 아르헨티나 9%, 중국 7%, 미국 4%, 캐나다 3% 순이다.

리튬 광석과 염호에 각각 전 세계 리튬 자원의 26%와 66%가 존재한다. 이 가운데 염호는 '리튬 삼각주'로 불리는 아르헨티나, 칠레 및 볼리비아에 집중적으로 분포해있다. 리튬 광산은 대부분 호주 서부에 위치해있다. 염호에 존재하는 리튬 자원의 양이 광석보다 훨씬 많지만 추출의 어려움으로 그간 염호 리튬 개발이 충분히 이뤄지지 않았다. 현재까지 리튬의 세계적인 주요 공급처는 호주이다.

국제에너지기구(IEA)에 따르면 배터리의 핵심 원료인 리튬은 호주와 칠레가 전체생산량의 74%(2019년 기준)를 생산할 만큼 특정 국가 쏠림 현상이 심하다. 가공리튬(탄산리튬 혹은 수산화리튬) 시장은 중국이 장악하고 있으며 가공 시설의 절대 다수는 중국에 위치해있다.

리튬은 배터리에서 양극과 음극을 오가며 전기를 일으키는 없어서는 안될 핵심 광물이다. 리튬은 스마트폰엔 30g이면 충분하지만 전기자동차엔 최대 60㎏까지 들어간다. 주행거리 약 400㎞ 2세대 전기차에는 60㎏이 사용되며, 2021년부터 본격적으로 열리는 500㎞ 이상 가는 3세대 전기차에는 더 많은 리튬이 사용된다. 2015년 이후 리튬 개발 비용은 4배 폭증하였다. 개발지역도 2012년의 56곳에서 2017년에는 167곳, 개발 회사도 23개에서 125개로 늘어났다 (Congressional Research Service. 2019. 26).

• 니켈 :

니켈 자원은 황화광(Sulfide ore)과 산화광(Laterite ore)으로 분류된다. 전 세계 니켈 매장량 중 황화광(Sulfide ore)은 31%, 산화광(Laterite ore)은 69%로 추정되며 어떤 원료로 출발하느냐에 따라 최종 제품이 달라지게 된다.

황화광으로부터 리튬이온 배터리에 사용되는 고도의 정제된 황산니켈을 만들 수 있으며 산화광을 원료로 순도를 낮추어 제조한 니켈은 스테인리스강 제조에 쓰인다. 현재 니켈 최대 수요처는 스테인리스강 이며 2040년까지 그러한 흐름 유지될 가능성이 높다.

니켈 광산의 글로벌 확정 매장량은 2019년 기준, 약8,900만톤이다. 인도네시아, 호주, 브라질이 50% 이상을 차지하고 있다. 종류별로 보면, 황화광 (Sulfide ore)은 캐나다, 러시아, 핀란드, 호주, 남아프리카 공화국에 분포되어 있으며, 산화광(Laterite ore)은 뉴칼레도니아, 호주, 쿠바 등 적도지역에 주로 분포되어 있다.

인도네시아는 최대 니켈 원광 생산국이다. 인도네시아는 자국내 가공 시설 확충 유도하기 위해 니켈 원광 수출을 2020년 1월부터 금지했고, 현재 중국 다수 기업과 일본 1개 기업이 인도네시아에 가공 시설 투자를 진행 중이다.

황산니켈의 원재료인 황화광의 경우, 전기차 생산 확대에 대한 방향성이 정해져 있는 한, 수요가 증가할 수 밖에 없다. 2007년 이후 니켈 가격의 장기 하락세가 지속되여 황화광 광산 개발이 위축된지 오래되었을 뿐 아니라 개발 승인이 떨어져도 6~7년 정도 걸린다. 따라서 니켈 함량을 점점 높여가는 배터리 개발 방향에 있어 황산니켈의 안정적인 수급이 가장 큰 과제이다.

• 코발트

코발트는 리튬·니켈·흑연과 더불어 전기차 2차전지 배터리의 핵심 원료로, 특히 고용량 전지 개발을 좌우하는 광물이다. 코발트 매장량은 710만톤으로 추정되며 매장량의 50%가 콩고에 집중돼 있다. 호주 20% 이 외 코발트 매장량의 7% 이상 보유한 국가는 없다. 7% 미만 주요 국가로 잠비아, 뉴칼레도니아, 러시아, 캐나다 등이 있다.

코발트는 대부분 니켈 동광 개발 시 부산물로 얻어지기 때문에 이들의 수요, 공급에 영향을 받는다. 다만, 모로코는 코발트를 우선적으로 채굴하기 때문에 예외 지역이다. 코발트는 생산량의 60% 이상이 콩고민주공화국과 잠비아의 층상 동-코발트 광산에서 생산되고 있다. 그리고 나머지는 산화니켈 광산에서 생산된다. 따라서 콩고민주공화국과 잠비아의 사회 경제적 문제가 코발트 생산량에 영향을 주게 된다. 콩고 코발트 수출량의 84%가 중국으로 향하고 있다. 중국의 코발트 매장량은 8만톤 수준이지만 코발트 정제 시설의 72%가 중국에 위치해있다. 현재 정제 코발트의 52%가 배터리에 사용되고 있다.

가공 정제 과정에 여러 코발트 화합물이 생산되는데 그 중 산화코발트가 2차전지 삼원계 배터리 제조에 사용된다. 산화코발트도 코발트 함량에 따라 용도가 분류된다. 코발트 함량 75% 이상은 특수 페라이트(전자전기제품) 등에 사용되고 배터리나 범용 페라이트에는 코발트 함량 73.5%의 산화코발트가 사용된다.

• 망가니즈

이산화 망가니즈의 형태로 존재하며, 전 세계 망가니즈 매장량의 80%는 아프리카 지역에 있는 것으로 알려져 있다. 이외에 우크라이나, 호주, 인도, 중국, 가봉, 브라질 등에도 상당량이 매장되어 있다.

망가니즈는 전 세계에 고루 매장돼 있지만 생산량은 중국이 압도적이다. 한국자원정보서비스에 따르면 중국의 2020년 생산량은 약 3167만t으로 2위 남아공(1602만t)의 2배다. 특히 테슬라나 폭스바겐 등 세계적 완성차(전기차) 업체들은 최근 양극재에 쓰이는 망간을 코발트의 대체재로 주목하고 있다. 코발트 가격이 양극재 주요 원자재 중 가장 비싸기 때문이다.

• 흑연

음극재는 배터리 핵심소재 중 하나인데, 원료에 따라 인조흑연계와 천연흑연계로 나눈다.

인조흑연 음극재는 고온의 제조 공정에서 결정성을 높일 수 있어 천연흑연 제품에 비해 내부 구조가 균일하고 안정적이다. 이런 특성으로 전기차 배터리 수명을 늘리고 충전속도를 단축시키는 강점이 있다.

인조흑연의 원료인 침상코크스는 제철 산업에서 부산물로 생성되는 탄소 소재이다.

배터리 주요 원자재 가격 상승률

2021년 배터리 주요 원자재 가격 추이

전 세계적으로 전기차 수요가 늘어남에 따라 전기차의 핵심 부품인 배터리 수요도 함께 늘어나는 가운데 배터리의 핵심 원자재 가격이 급등하고 있다. 배터리 핵심 소재인 탄산리튬, 코발트, 망가니즈도 2021년 10월, 연초 대비 가격이 각각 231.5%, 60.5%, 78.9%씩 올랐다.

특히 리튬의 경우 공급 부족 현상마저 심화되고 있다. 원자재 시장 조사기관 ‘벤치마크 미네랄 인텔리전스’는 올해 1만 t가량인 리튬 공급 부족량이 2025년에는 18만9000t까지 급증할 것으로 전망하고 있다. 원인은 전기차 판매 급증과 중국업체를 중심으로 이루어지고 있는 리튬인산철(LFP) 배터리의 사용 증가로 여겨지고 있다. LFP 배터리는 양극 측의 리튬(Li), 인(P), 철(Fe)을 기반으로 하는 리튬 이온 배터리를 말한다. 무겁고 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 짧지만, 안전성과 낮은 가격을 무기로 급성장하고 있다.

시장조사업체 SNE리서치에 따르면 배터리 4대 핵심 소재에 대한 중국의 세계 시장 점유율은 50∼70%대에 이른다.

업체별 원자재 확보 현황

• LG에너지솔루션 : LG에너지솔루션은 2020년에 세계 2위 리튬 업체인 칠레의 "SQM"과 리튬 공급 계약을 체결했으며, 2029년까지 5만 5천 톤 규모의 리튬을 공급받을 예정이다. 2021년 9월 중국 ‘그레이트파워 니켈 & 코발트 머티리얼즈’ 의 유상증자에 350억원을 투자해 지분 4.8%를 확보했으며 8월에는 호주의 배터리 원재료 생산업체인 ‘오스트레일리안 마인즈’와 장기 구매 계약을 맺어 2024년 하반기부터 6년간 니켈 7만1000t, 코발트 7000t을 공급받게 된다. 7월에는 니켈, 코발트 등을 생산하는 호주 QPM의 유상증자에 참여해 약 120억원을 투자, 지분 7.5%를 인수했다. LG에너지솔루션 모기업 LG화학은 지난 2018년 중국 리튬업체인 간펑리튬 지분 1.2%를 매입하고 7년간 장기 공급계약을 맺었다. 또 중국 화유코발트와 전구체 및 양극재 합작 생산법인 설립 계약을 체결했다.
• SK이노베이션 : SK이노베이션은 중국 톈치(天齊)리튬의 자회사인 호주 톈치리튬퀴나나(TLK)로부터 최대 5만t의 수산화리튬을 조달한다. 거래 기간은 2019년 7월부터 2024년까지다. 중국 롱후이 리튬과도 2020년 10월 장기 공급 계약을 성사시켰다. 2019년 12월에는 코발트 생산 세계 1위 스위스 글렌코어와 2025년까지 코발트 3만t을 구매하는 계약을 맺었다. 2019년 호주 광물 채굴 업체인 오스트레일리안 마인즈와 황산코발트 및 황산니켈 구매 계약을 체결했다.

• 삼성SDI : 삼성SDI는 2018년 10월 중국 최대 리튬 생산업체인 간펑리튬 (Ganfeng Lithium) 지분 1.8%를 사들였다. 삼성SDI가 간펑리튬 지분을 확보한 건 전기차 배터리 생산 원료인 수산화리튬 등 공급을 원활하게 받기 위한 목적이다. 삼성SDI는 2020년 11월 호주 제련 기업 QPM사와 니켈 공급 양해각서를 체결해 향후 3~5년간 연간 6000t의 니켈을 공급받기로 했다. 삼성SDI는 지분 투자 및 장기 구매계약을 통해 안정적으로 리튬, 코발트 등 원자재를 수급하고 있다. 구체적인 공급처를 밝히진 않았지만, 주요 공급사를 통해 대규모 계약을 맺어 배터리 생산에는 차질이 없다는 게 이 회사 관계자의 설명이다.
• POSCO : 원자재 확보에 가장 적극적인 곳은 포스코다. 포스코는 호주 리튬광산 기업 필라바 미네랄스와 합작투자 계약을 맺고 본격적인 국내 생산 체제를 갖췄다. 이 계약에 따라 포스코는 수산화리튬 추출에 필요한 리튬 광석을 필라바에서 연간 31만5000t씩 공급받기로 했다. 광양에 건설하는 광석리튬 공장(‘22년 내)과 아르헨티나에 건설하는 염수리튬 공장(‘23년 내)이 모두 완공되면 포스코는 수년 내 연산 6만5천톤 규모의 수산화리튬을 생산하는 체계를 갖춰 포스코케미칼 양극재 공장에 안정적으로 소재를 공급할 전망이다. 2021년 6월 호주 QPM에 약 50억원을 투자해 2023년 말부터 10년간 매년 니켈 3000t과 코발트 300t을 공급받기로 했다.
• 테슬라 : 배터리 자체 개발을 추진 중인 테슬라 역시 미국 네바다 지역의 리튬 매장지 약 41㎢를 개발할 권리를 확보했다. 호주 광산업체 피드몬트리튬과도 미국 내 채굴 리튬에 대한 5년 공급계약을 체결했다.
• CATL : CATL은 2021년 9월 캐나다 리튬 광산업체 ‘밀레니얼리튬’을 약 3550억원에 인수했다.이번 인수로 CATL은 밀레니얼리튬이 남미 아르헨티나 살타주에서 소유한 리튬 광산(Pastos Grandes 프로젝트)에서 리튬을 직접 채굴할 수 있으며 412만톤의 LCE(lithium carbonate equivalent)가 매장된 것으로 알려졌다. CATL은 2023년 말부터 연산 2만4000톤 규모로 생산을 시작할 예정이다. 밀레니얼리튬은 아르헨티나에서 또 다른 리튬 채굴 프로젝트도 진행 중이다. 8월에는 중국 사모펀드 쑤저우CATH에너지테크놀로지스와 함께 호주 AVZ미네랄스가 진행 중인 콩고민주공화국 리튬·주석 개발 프로젝트에 2억4000만 달러를 투자해 지분 24%를 확보했다. 4월에는 자회사를 통해 중국 뤄양롼촨무예(China Molybdenum)의 콩고 키산푸 구리·코발트 광산 지분 중 25%를 1억3750만 달러(약 1500억 원)에 인수했다. 2020년 9월엔 캐나다 네오리튬 지분 8%를 850만 캐나다달러(약 79억 원)에 인수했다. 네오리튬은 아르헨티나 리튬 생산량의 약 50%를 채굴하는 회사다.

참고자료

• 황인성 기자, 〈치솟는 원자재 가격... '공급처 확보·폐배터리'에 눈돌린 배터리사〉, 《쿠키뉴스》, 2021-09-11
• 임현석 홍석호 기자, 〈공급망 쇼크-원자재값 폭등에 배터리 업계도 비상〉, 《동아일보》, 2021-10-05
• 문병주 기자, 〈"요소수 사태 남의 일 아니네"…K-배터리, 광산투자·합작 강화〉, 《중앙일보》, 2021-11-11
• 베이징=김남희 특파원, 〈배터리 1위 中 CATL, 해외 리튬 광산 또 인수…핵심 원료 싹쓸이〉, 《조선일보》, 2021-09-30

같이 보기

• 소재
• 광물
• 폐배터리

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