전기차 배터리 생산에 반드시 필요한 리튬은 전 세계 전략자원으로, 최근 리튬의 확보가 모든 국가의 최우선 과제로 떠오르고 있습니다. 리튬의 용도와 생산방법, 전 세계 매장량과 생산량에 대해 알아보겠습니다.
1. 리튬 성질과 용도, 리튬은 무엇인가?
리튬은 배터리나 기타 산업에 꼭 필요한 제품에 필수적인 요소입니다. 주기율표에서 가장 가벼운 금속입니다. 물에 뜰 정도로 아주 가벼운 리튬은, 반응이 빠르고 전류가 쉽게 흐르는 성질이 있어 리튬이온 전지에 주로 사용되며 '21세기의 하얀 석유'라고도 불립니다. 그 외에도 유리와 세라믹 산업에서도 활용되며, 이산화탄소 흡수제, 정신 질환 치료 의약품, 알루미늄 추출 등에도 활용됩니다.
2. 리튬은 어떻게 생산하는가?
리튬은 주로 소금호수, 즉 염호에서 많이 발견되며, 그 외에는 암석 (경암 : 암석의 강도에 따라 구분하는 명칭)에 존재합니다. 대략 글로벌 리튬의 85% 정도가 염호에 매장되어 있으며, 나머지는 경암에 존재합니다.
염호는 주로 칠레, 아르헨티나, 볼리비아가 대표적인 산지이며, 건조한 기후에서 추출이 용이합니다. 칠레, 아르헨티나, 볼리비아를 통틀어 남미 삼각지대라 부르기도 합니다.
리튬은 염호에서 생산할 때와 경암에서 생산할 때 제련방식과 생산물이 차이가 있습니다. 최종 가공 후에는 같은 형태이지만, 1차 가공 후에는 서로 다른 제품입니다.
염호로 생산하는 경우, 소금물을 태양광 등으로 증발 시킨 후 가공하여 탄산리튬을 생산합니다. 탄산리튬은 추가 공정을 통해 수산화리튬으로 변환이 가능하며, 양극재에 가장 많이 사용되는 것은 수산화리튬입니다.
경암으로 생산할 경우 암석을 고온에 가열하여 녹인 후, 농축시켜 여과와 황산 반응 등을 거쳐 탄산리튬과 수산화리튬을 생산합니다.
3. 이차전지용 리튬 특징
염호와 경암에서 추출한 리튬은 다양한 산업에 사용되나, 이차전지에 사용되기 위해서는 고순도로 정제하여야 합니다. 이차전지용 리튬은 99.5% 이상의 고순도를 요구합니다. 스마트폰 등 소형 배터리에는 리튬이 30g 정도 소요되며, 전기차용 배터리에는 30~60kg 정도가 소요됩니다.
수산화리튬은 탄산리튬을 가공하여 생산하므로, 생산비용이 증가하여 가격이 높지만 니켈과 합성이 잘되고 에너지 밀도가 높아 고성능 전기차 배터리에 필수적이며, 주로 NCM, NCA 등 삼원계 배터리에 사용됩니다. 국내 배터리 업체인 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 및 양극재 업체인 에코프로, 에코프로비엠 등 업체에서 구매합니다.
탄산리튬의 경우 가장 기본적인 리튬 화합물로, 소형 전기차용 배터리나, LFP배터리 (인산철 배터리)에 사용됩니다. 중국의 경우 LFP배터리 생산을 지속하며, 생산설비가 탄산리튬에 맞춰져 수산화리튬 생산으로 설비전환이 쉽지 않으며, LFP배터리 (인산철배터리)의 성능이 지속적으로 개선되고 있어, 탄산리튬의 수요 또한 꾸준할 것으로 보입니다.
4. 전세계 리튬 매장량 순위, 생산량 순위
전 세계 광물 매장량 및 생산량 통계는 미국 지질조사국 (US Geological Survey)의 보고서를 참고하면, 쉽게 확인이 가능합니다. 리튬은 단순히 매장량이 중요한 것이 아니라 고순도의 리튬 매장이 아주 중요한 포인트입니다.
호주와, 칠레, 중국에서 현재 사용되는 대부분의 리튬을 생산하고 있으며, 채굴가능한 매장량은 칠레, 호주, 아르헨티나 순으로 높은 것을 확인할 수 있습니다.
호주는 경함형 리튬이 매장이 많고, 칠레는 염수형 매장이 많습니다. 칠레의 경우 타국 대비 리튬의 품위가 높아 경제성이 가장 높은 국가로 평가받고 있습니다. 중국의 경우 저품위의 리튬이 많아 생산 효율이 높지 않아 생산량이 저조하며, 중국의 리튬 업체들은 해외 투자를 통해 해외에서 리튬을 생산 중입니다.
지속적인 탐사와 과학기술 발전으로, 부존량이 가장 높은 나라는 볼리비아로 2,100만 톤의 예상 매장량이 파악되나, 해발 3,000m가 넘는 위치에 염호가 자리 잡고 있고, 리튬의 순도가 높지 않아 높은 수준의 기술과 자본이 필요합니다. 일부 기업들이 볼리비아 리튬 개발 추진을 하였으나, 정부의 과도한 개입과 기술의 한계, 여론의 반발 등으로 무산되었습니다. 이미 충분한 리튬이 공급되고 있는 중에 굳이 큰 비용을 들여 개발할 유인도 굉장히 낮은 상황입니다.
5. 리튬 제련 관련
전기차용 이차전지에 사용되는 리튬은 수산화리튬으로 정제 후 사용하는 것이 일반적이며, 리튬 생산 후 고순도 리튬 화합물로 제련하는 과정은 중국이 기술의 우위를 선점하고 있는 상황입니다. 특히 수산화리튬의 경우 중국이 글로벌 생산 수산화 리튬의 70% 이상을 제련합니다. 중국은 리튬 외에도 니켈, 망간, 코발트 등 배터리 주요 원자재 광물 제련 기술을 확보했고, 전 세계적으로 배터리 관련 수직계열화를 이루어낸 유일한 국가로 평가받습니다.
6. 한국 리튬 수입 현황
대한민국은 리튬을 모두 해외에서 수입해오고 있으며, 리튬 수입 중 수산화리튬이 약 69%, 탄산리튬이 약 29%의 비중을 차지하고 있습니다.
탄산 리튬의 경우 칠레에서 약 80%, 중국에서 약 15% , 수산화리튬의 경우 중국에서 약 74%, 칠레에서 약 17%를 수입하고 있습니다.
이상으로 리튬에 대해 간단히 알아보았습니다. 다음에 더 유익한 글들로 찾아뵙겠습니다.
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