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[IT뉴스][르포] "싸게, 많이, 안정적으로"…엘앤에프 첫 LFP 공장에 담긴 생존 공식

온카뱅크관리자

2026-05-19 14:57:33

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> [배터리레이다] 
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 [디지털데일리 고성현기자] 대구 달성군 구지 국가산업단지 내 엘앤에프 3공장 옆. 2년여 전만 해도 빈 공터였던 이곳에는 어느새 번듯한 새 공장이 모습을 드러냈다. 깔끔한 외관을 갖춘 건물 주변에서는 도로 포장 등 마무리 작업이 한창이었다. 건물 뒤편에는 '엘앤에프 LFP 양극재 증설 공사'라는 팻말을 단 건물이 세워져 있었고, 추가 공사 예정지로 보이는 부지에는 컨테이너가 줄지어 놓여 있었다. 첫 국내산 리튬인산철(LFP) 양극재 양산이 머지않았다는 분위기가 현장 곳곳에서 묻어났다.
 지난 11일 방문한 엘앤에프 LFP 양극재 공장은 국내에서 처음으로 지어진 국내산 LFP 양극재 양산 공장이다. 연산 6만톤 생산이 가능한 규모를 갖췄으며 전날 18일 본격적인 준공 소식을 알렸다. 북미 내 에너지저장장치(ESS) 수요 확대에 따라 금지외국기관(PFE)을 제외한 탈중국 원료·소재 수요가 늘자 엘앤에프가 이에 대응하기 위해 자회사 '엘앤에프플러스'를 설립하고 이 공장을 세웠다.
 양극재는 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하는 핵심 소재다. 충·방전 시 리튬 이온을 저장, 방출하는 역할을 한다. 국내 배터리 업계가 주력했던 삼원계는 높은 에너지밀도를 갖춘 고성능 제품이고, LFP는 중국 등이 주력해 온 저가형 소재에 속한다. 최근에는 특정 장소에 고정돼 무게·용량 영향이 적은 ESS와 보급형 전기차를 중심으로 LFP 배터리 판도가 넓어지고 있다.
 엘앤에프플러스가 LFP 양극재를 생산하기 위한 선결 조건은 바로 '원가'다. 저가형 양극재인 만큼 저렴하고 많이 생산해야만 원하는 사업성을 갖출 수 있다. 탈중국 요구가 높은 북미를 겨냥한 만큼 중국과 직접 경쟁하지는 않지만, 적어도 중국 업체와 비교해 납득 가능한 수준의 가격이 책정돼야 하는 과제가 있다.
 공장 내부에는 원가 경쟁력을 높이기 위한 엘앤에프의 고심의 흔적이 고스란히 묻어났다. 중국에서조차 이제 막 도입되고 있는 신 공법을 채택하는 한편, 생산성을 높이기 위한 라인 규모 확대 등 조치가 병행돼 있다. 또 LFP 양극재 제조 과정에서 나오는 탄소 배출을 막는 등 높아지는 탄소 감축·ESG 경영 충족을 위한 방식도 적용됐다.
 그렇다면 양극재는 어떻게 만들어질까. 양극재는 리튬과 금속 혼합물인 전구체를 섞고 구운 뒤 표면처리를 하는 과정을 거친다. 먼저 리튬과 주요 원료를 일정 비율로 섞어 액체와 고체 입자가 섞인 슬러리 형태로 만든다. 그 다음 건조해 수분을 날리고 이를 고온에서 구워 배터리에 필요한 결정 구조를 형성한다. 그 다음 입자 표면을 코팅해 전기화학적 성능과 안정성을 부여하는 과정을 거친다.
 통상 양극재 공장은 원료 투입구를 상층에 두고 하부 공정으로 이동시키는 수직형 구조를 많이 쓴다. 중력을 활용해 원료 이송에 필요한 설비와 에너지 부담을 줄이고 이송 과정에서 발생할 수 있는 배관 오염이나 막힘 등을 막기 위한 조치다. 엘앤에프플러스 역시 원료 투입구를 상층에 배치해 원료를 혼합, 분쇄하는 과정을 거친다.
 이 과정에서 가장 눈에 띄는 것은 바로 수직형 비드밀(Bead Mill)이다. 비드밀은 통상 혼합돼 슬러리화된 원료를 잘게 부숴주는 역할을 하는데, 대부분 공정에서는 수평으로 두 번 분쇄하는 과정을 거친다. 반면 엘앤에프플러스는 수직형으로 도입해 강한 분쇄력으로 원료를 한번만 갈아주도록 했고, 공간 차지 비중도 낮춰 생산 효율을 크게 높였다.
 양봉욱 엘앤에프플러스 공정운영센터장은 "수직형 비드밀은 중국에서도 아직 기존 업체들이 모두 쓰는 방식은 아니고, 최근 증설하는 중국 업체들은 이쪽으로 도입하려는 움직임이 있는 정도"라며 "중국도 업체 간 가격 경쟁이 워낙 심해지다 보니 예전 방식만으로는 안 된다고 보고 효율을 찾는 흐름"이라고 설명했다.
 이렇게 갈아준 슬러리는 역 원뿔형 모양의 대형 건조기로 들어간다. 직경은 10m, 높이는 25m에 이른다. 삼원계 양극재 공장에서는 원료를 통에 넣어 열을 가해 수분을 날리는 회전 건조기를 쓰지만, 생산성이 중요한 LFP 양극재는 보다 많은 양을 빠르게 처리해야 한다. 따라서 이처럼 열풍이 돌아가는 역원뿔형 통 안에 슬러리를 분무해 수분을 날리는 스프레이 드라이어를 주로 사용하고 있다.
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 이 과정에서도 원가를 줄이기 위한 보조 설비가 탑재돼 있다. 바로 열교환기다. 스프레이 드라이어에서 활용한 약 100도씨의 열은 통상 그냥 배출되는 게 일반적인데, 엘앤에프플러스는 이를 다시 회수해 내부에 투입할 신선한 공기를 데워주는 데 사용한다. 이렇게 되면 공기를 50도까지 높일 수 있어 LNG 가스 사용량을 보다 절감할 수 있다.
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 양극재 핵심 공정인 소성로(RHK)도 주목할만한 규모로 지어졌다. 한 라인 당 80m에 육박하는 길이에 6열 2단으로 구축돼 통상 60m 내외인 삼원계보다 많은 양을 투입할 수 있게 했다. 현재 엘앤에프가 구축한 라인은 2개다. 라인당 연간 생산할 수 있는 양극재는 1만5000톤 수준으로 조정과 운용에 따라 추가 생산능력을 확보할 수 있게 구성됐다.
 1라인은 고객사용 LFP 양극재 양산급 샘플을 제공하기 위해 현재도 가동 중이었다. 약 800도에 달하는 내부 안에 도가니가 있고, 그 위에서 양극재가 구워지고 탄소·질소 등으로 코팅되는 과정을 거친다. 이렇게 만들어진 양극재는 파쇄 후 분말 형태로 고객사에 제공된다.
 양 센터장은 "이 공정에서 가장 특징적인 점은 최대한 원가를 낮추기 위해 생산성을 극대화한 점과 (국내 환경에 맞춰) 환경 배출 규제 기준을 맞췄다는 점"이라고 설명했다.
 그는 "LFP 양극재는 탄소, 질소 등이 들어가면서 (소성로 공기 배출 시) 환경 이슈가 된다. 따라서 이 배기가스를 한번 더 태워 배출 기준에 맞는 공기를 내보내야 한다"고 설명했다.
 그러면서 "통상 NCM에서는 알루미나 계열의 세라믹 도가니(Saggar)를 쓰는데, 이는 수명이 길어봤자 1년"이라며 "현재 LFP 라인에서 쓰는 사가는 흑연(Graphite)으로 가격은 10배 가까이 비싸지만 1년을 쓸 수 있어 더 효율적"이라고 전했다.
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 이후 진행되는 후단 공정은 삼원계 양극재와 유사했다. 소성을 마친 분말을 공기 이송으로 제트밀에 보내고, 입도를 조정한 뒤 탈철·포장을 거쳐 자동창고로 옮기는 과정이다.
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 다만 LFP 양극재는 분쇄 과정에서도 특이한 점이 보였다. 바로 입자의 불균일성이다. 통상 NCM 양극재는 소입경·대입경 양극재를 함께 쌓는 구조기에 각 입자를 균일하게 형성·분쇄해야 하지만, LFP는 이를 불균일하게 분쇄해 대응한다. LFP의 낮은 에너지밀도를 보완하기 위해 충진 밀도(PD)를 올려야 하기 때문이다.
 양 센터장은 "NCM은 균일한 게 좋지만 LFP는 불균일한 게 좋다. 입자가 모두 같으면 빈 공간이 생기고, 크고 작은 입자가 섞여야 같은 공간에 더 많이 쌓인다"며 "높은 PD를 구현하려면 비드밀, 소성, 제트밀 3개 공정이 가장 중요하다"고 강조했다.
 양 센터장은 이렇게 만든 양극재를 중국 제품과 경쟁할 수 있냐는 물음에 고개를 저었다. 국내보다 규제가 적고 국가적 차원에서의 지원을 받는 중국 업체와 직접적 경쟁은 사실상 불가능하다는 뜻이다.
 반면 탈중국, 즉 북미 등 주요 시장 내의 경쟁력에 대해서는 자신감을 표했다. 미국의 PFE와 환경 관련 규제 등을 고려하면 중국 업체들의 직접 진입 비중이 낮아질 수밖에 없을 뿐더러, 선제적으로 노하우를 구축해 양산한 엘앤에프플러스가 보다 빠르게 앞서나갈 수 있다는 의미다.
 실제로 북미 내 PFE 소재 비중이 올해는 40%까지 허용되지만, 내년 35%에 이어 2030년까지 15%로 제한되면서 탈중국 요구는 더욱 강해지고 있다. 심지어는 양극재 내 공정에 사용할 기자재마저도 중국 외의 것을 활용해달라는 요청이 떨어질 정도다.
 이와 함께 생산성과 경쟁력을 강화할 핵심 요소로는 자동화를 꼽았다. 양 센터장은 "최대한 공정 내 인력을 최소화해야 목표하는 원가를 맞출 수 있다"며 "원료 투입에 필요한 작업을 컨베이어 벨트로 자동화한 한편, 중앙통제실(CCR)에서 설비를 관리해 필요 시 인력을 최소화한 형태로 운영할 계획을 잡고 있다"고 말했다.
 장기적으로는 아직 도입되지 않은 3, 4라인을 구축해 총 연산 6만톤의 공장을 완성하는 한편, 공장 뒷 편 빈 공터를 활용해 추가 수요에 대한 투자를 대비할 계획이다. 이와 함께 ESS용이 아닌 전기차용으로 PD를 2.6g/cc(4세대)급 고밀도 양극재도 개발해 대응할 방침도 세웠다.
 양 센터장은 "LFP 양극재는 누가 가장 싸게 만드느냐가 핵심"이라며 "이번 라인 구축으로 확보한 노하우를 활용해 향후 투자에 더욱 발빠르게 대응하고, 안정적인 양산을 진행하는 것이 목표"라고 말했다.
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