유해물질 불산 사용 않고 4N 순도 정제흑연 생산
비용절감 30% 가능…경제·기술적 가치 높게 평가

리튬 이온 배터리 등 이차전지의 핵심 음극소재로 널리 사용되고 있는 고순도 흑연을 인체와 환경에 유해한 불산을 사용하지 않고 만들 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 최초로 개발됐다.

한국지질자원연구원 광물자원연구본부 자원활용연구센터 장희동 박사 연구팀은 고순도 흑연의 정제과정에서 불산 정제법이 아닌 킬레이트 침출, 저온 소다 배소 등의 새로운 방법을 적용한 친환경 고순도 흑연 제조기술 개발에 성공했다.

연구팀은 새로운 습식 제련법의 적용을 통해 고순도 흑연의 정제과정에서 투입되는 시약의 양, 반응온도 및 반응시간 등을 최적의 조건으로 유지하여 순도 99.99% 이상의 흑연을 제조했다. 대부분의 리튬 이온 배터리 음극소재용 흑연은 정제 기준 순도 99.9%(3N)이면 적합하다고 여겨지지만 연구팀이 개발한 기술을 적용한 흑연의 정제 순도는 99.99% 이상(4N) 수준이다.

또한 연구팀은 불산 정제법에 소요되는 시약과 폐불산 처리비용 등을 시뮬레이션하여 비교한 결과, 이번 기술이 기존 대비 70% 수준의 비용절감 효과를 가져온 것으로 확인했다.

이번 기술은 최근 중국을 비롯한 세계 각국에서 환경 오염 문제 등으로 인한 흑연의 불산 정제법에 대한 규제가 강화되고 있는 상황에서 개발되었다는 점에서 기술적 의미가 크다고 평가된다. 특히 에너지저장장치(ESS) 등에 활용도가 높은 우리나라와 중국 등은 앞으로도 경제성 있는 고순도의 정제 흑연이 더욱 필요한 상황이라 경제적·기술적 가치가 클 것으로 보인다.

한편 SNE리서치에 따르면 흑연은 전 세계에 약 7,100만 톤이 매장돼 있으며 이 가운데 중국 매장량이 77%인 5,500만톤을 차지하고 있다. 리튬이온 이차전지 음극소재 시장에서는 중국이 65% 이상의 시장점유율을 기록하는 가운데, 일본이 30%로 뒤를 차지하고 있다. 2019년 기준 전체 음극소재 수요량은 약 19만톤으로 2025년에 약 136만톤 수준으로 증가하여 연 평균 39% 성장할 것으로 예상되고 있다.