[KB증권의 리포트를 참조하여 작성하였음]

 

2025년까지 시장규모 연평균 70% 성장 전망

 

-. 9/7 미국 2차전지 소재업체인 그룹14 테크놀로지는 실리콘음극재 상용화 추진을 발표

-. 실리콘 음극재는 배터리의 충전속도와 용량을 3~4배 늘릴수 있는 차세대 소재임

-. 현재는 전체 음극재의 3%정도만 실리콘 음극재를 '첨가'하는 수준이나 중장기적으로 실리콘 음극재 사용 비율이 20%까지 확대될 것

-. 현재 실리콘 음극재를 탑재한 자동차는 대주전자재료의 실리콘 음극재를 탑재한 포르쉐 타이칸이 대표적이나 향후 폭스바겐, GM, 테슬라등도 적용할 것으로 예상.

-. 향후 5G폰에도 사용될 수 있어 성장성은 매우 높음

 

 

 

소수 업체의 과점적 공급구조 지속될 것

 

-. 현재 실리콘 음극재 생산 기업은 한국의 대주전자재료, 중국의 BTR, 일본의 신에츠 정도임. 단기적으로는 BTR이 선도하는 국면이 지속되겠으나 한국 베터리 3사에 안정적으로 공급이 가능한 대주전자재료를 비롯한 한국 업체의 선전이 기대되는 상황.

 

 

 

실리콘음극재 관련주

 

위에서 언급한 대주전자재료가 대표적이며 한솔케미칼과 포스코케미칼도 수혜주임. 

 

전기차 생산 업체들은 1회 충전시 주행 가능거리를 내연기관만큼 늘리고자 한다. 이를 위해서는 배터리의 성능 개선이 필수이다. 이에 따라 2차전지 업체는 1)베터리 에러지밀도를 올리거나 2)배터리관리시스템의 성능을 개선시키는 발전으로 공격적인 투자를 하고 있다. 4대 소재(양극재, 음극재, 분리막, 전해액)을 중심으로 발전 방향을 살펴보자.

 

 

음극재의 발전 방향: 실리콘 첨가

 

양극재는 니켈 함량을 높이면서 에너지밀도를 개선시키는 방향으로 발전했지만 음극재는 자체적으로 에너지 밀도를 개선시킬 방법이 제한적이었기 때문에 발전이 상대적으로 더뎠다.

 

최근에는 음극재의 원료인 흑연(인조/천연)에 실리콘을 첨가하여 에너지 밀도를 개선시키는 추세이다. 이는 실리콘의 특성에 기반하는데, 실리콘의 에너지밀도는 탄소의 약 10배에 달하기 때문이다.

 

이론상 흑연 계열 음극재는 1g당 용량 한계가 370mAh 내외이나 이를 실리콘 계열 물질로 대체하면 1g당 용량을 1500mAh까지 상승시킬 수 있다. 또한 실리콘 음극재는 리튬이온을 받아들이는 속도도 빨라 충전 시간을 단축할 수 있다.

 

그러나 실리콘은 에너지 밀도는 우수하지만 관리가 쉽지는 않다. 팽창하는 특성, 효율이 낮으며 수명 또한 짧다는 단점이 존재하기 때문이다. 따라서 음극재 내 실리콘 첨가 비중은 10%정도가 상한으로 보고있다.

 

실리콘 첨가제와 관련하여 주목할 국내 기업은 대주전자재료와 SK머티리얼즈이다. 대주전자재료는 2019년 실리콘산화물을 상용화해서 포르쉐 타이칸에 공급한바있다.

 

<포르쉐 타이칸>

 

 

SK머티리얼즈는 미국 음극재 기업 '그룹14테크놀로지'와 합작사를 설립한다고 밝혔으며 이를 통해 실리콘 음극재 사업으로 공격적으로 확장해나갈 것으로 예상된다.

 

 

 

 

전해액의 발전 방향: 첨가제를 통한 구성 요소 고도화

 

전해액은 음극과 양극 사이에 위치하여 리튬이온이 오가는 통로의 역할을 한다. 

(2차전지 구성 및 원리에 대한 설명글 https://prodreamer.tistory.com/7?category=961142)

 

여기에 조금의 첨가제를 넣으면 배터리의 성능이 크게 개선된다. 예를들어 천보가 생산하는 F전해질을 첨가할 경우 충전과 방전 반복시 배터리 용량 감소폭이 크게 줄어든다. 즉 배터리를 더 오래 사용할 수 있게 된다는 것이다. 

 

<천보가 생산하는 2차전지 전해액 첨가제>

천보 얘기를 잠깐만 하자면 천보의 주력 제품인 F전해질은 천보가 최초로 양산에 성공한 제품이다. 현재 일본촉매, 중국 켐스펙 등도 생산하고 있지만 천보는 생산성과 가격 경쟁력을 앞세워 점유율 1위를 기록하고 있다.천보의 P전해질은 여러 업체가 생산하고 있지만 천보의 원가 경쟁력이 타사 대비 높다. D 전해질은 일본 업체가 특허를 보유하고 독점 생산하는 제품이지만 천보의 생산성이 입증되면서 천보 또한 일본 업체로부터 위탁 생산 수주를 받고 있는 상황이다.

 

 

다시 첨가제 얘기로 돌아오자. 

 

전해액은 염(12%)+용매(85%)+첨가제(3%)로 구성되는데 첨가제의 부피 용량 비중은 가장 낮지만 원가비중은 가장 높다. 그만큼 첨가제가 핵심이라는 얘기이다.

 

<전해액 구성요소들의 함량 및 원가 비중>

전기차 생산 업체들은 1회 충전시 주행 가능거리를 내연기관만큼 늘리고자 한다. 이를 위해서는 배터리의 성능 개선이 필수이다. 이에 따라 2차전지 업체는 1)베터리 에러지밀도를 올리거나 2)배터리관리시스템의 성능을 개선시키는 발전으로 공격적인 투자를 하고 있다. 4대 소재(양극재, 음극재, 분리막, 전해액)을 중심으로 발전 방향을 살펴보자.

 

양극재 발전방향

 

양극재 발전의 핵심은 1)하이니켈, 2)단결정화, 3)리사이클, 4)건식전구체 이다.

 

 

1) 하이니켈

 

니켈의 비중을 올리는 것이다. 대부분의 양극재 생산 업체들이 채택하는 NCM, NCA 양극재에서 N 즉 니켈은 '힘'을 담당한다. 나머지 성분들은 안정성을 담당한다고 보면 된다. 따라서 하이니켈 배터리는 니켈 비중을 올려서 에너지 밀도를 올린다는 것이다. 현재 에코프로비엠, 포스코케미칼, L&F 등은 니켈,코발트,망간을 각각 8:1:1의 비율로 혼합하여 양극재를 제조하는데 에코프로비엠은 니켈 함량을 93%까지 올리는 기술을 개발중이다.

 

<하이니켈 배터리 생산 비중 전망> 

주황색 부분이 하이니켈 배터리의 비중이다.

 

 

2) 단결정화

 

배터리 셀 제조시 압연 공정을 거치게 되는데 이때 양극 소재 분말이 잘게 부서지게 된다. 그러면서 다소간의 부반응을 일으키게 되고 이후 잔해물들을 씻어내는 공정도 추가로 필요하게 된다. 그런데 단결정 양극분말의 경우 압연시에도 부서지지 않기 때문에 공정 효율성이 크게 올라간다. 참고로 단결정 양극재 개발은 국내업체 중 에코프로비엠이 가장 앞서있다.

 

(2차전지 제조 공정 설명글 https://prodreamer.tistory.com/22?category=961142)

 

2차전지 제조 과정_짧게 한번 보고 평생 활용가능! 폼펙터(원통/각형/파우치) 이해에 필수!

2차 전지 제조 과정은 김밥과 비슷하다. 아래 표를 보고 먼저 감을 잡아보자. 단계 김밥 2차 전지 1 김에 기름을 바르고 재료들을 얹어서 기본적인 맛을 구성 양극과 음극 기판에 활물질(양극재,

prodreamer.tistory.com

 

 

3) 리사이클

 

폐배터리 혹은 폐양극재를 재활용하는 기술이다. 이것이 중요한 것은 양극재의 원가 절감이 가능하게 되기 때문이며 이는 곳 전기차가 내연기관차보다 싸지는 것에 기여할 수 있다는 의미이다. 리사이클 과정을 자세히 알 필요까지는 없어보인다. 다만 리사이클 업체는 꼭 눈여겨보자. 성일하이텍, GEM, 유미코어, 에코프로CNG 등이 리사이클 사업을 영위하고 있다.

 

 

4) 건식전구체

 

양극재 제조공정 단순화와 원가절감의 핵심 기술이다. 아직까지 상용화 단계는 아니나 테슬라에서도 추구하는 방향이기 때문에 머지않아 상용화가 가능할 수 있을 것으로 기대된다. 간단하게 개념만 언급하자면 기존 양극재의 원료에 황산용액이 들어가는데 건식 전구체는 이를 넣지 않고 제조하는 것이다. 따라서 제조 공정이 간소화해지고 유틸리티 비용도 감소하는 것이다.

 

1. 배터리 전방 수요처 비중

 

전방 수요처 비중에서 전기차가 약  67%로 압도적으로 1위이다.

 

<배터리 수요처 비중>

 

 

2. 주요 완성차 업체별 배터리 공급망 현황

 

2-1. 2020 전기차용 배터리 시장 점유율 현황

글로벌 주요 생산기업은 국내3사(LG에너지솔루션, SK이노베이션, 삼성SDI) + 일본의 파나소닉 + 중국의 CATL이다.

각각의 점유율은 아래와 같다. CATL이 1위이다.

자료: SNE리서치

2-2. 베터리-자동차 합작업체 현황

 

안정적으로 배터리를 공급받고자 하는 자동차 메이커들의 수요에 의해 주요 배터리 셀 업체들과 글로벌 자동차 메이커들의 JV 설립이 추세이다. LG와 SK 는 각각 GM과 포드와 JV를 설립했다. 참고로 삼성SDI는 스탤란티스와 JV를 설립할 것이라는 루머가 있다.

 

3. 배터리 산업은 '수주산업'이다

 

EV 자동차 메이커들의 모델별 생산계획은 보통 5년 단위로 수립된다. 즉 신제품을 출시할 경우 해당 모델은 5년간은 특정 베터리업체의 물량만 받게 된다는 것이다. 따라서 배터리 산업은 초기 선점 효과가 중요하다. 따라서 배터리 산업을 분석할때는 수주잔고를 중요하게 본다.

 

<주요 배터리 업체별 수주잔고 추정_2021.1Q>

자료: SNE리서치

 

 

4. 배터리의 용량 단위 및 가격

 

1) 전기차 배터리의 용량 단위

 

전기차 배터리의 용량 단위는 KWh(키로와트시)이다. 이는 1KW의 일률로 1시간동안 일을 할 수 있는 전력량이다. 사실 이렇게 말하면 전기전자 전공생이 아니면 도통 뭔 소린지 감이 안온다.

 

스마트폰과 비교하면 이해가 쉽다. 스마트폰 한대당 배터리 용량은 10~14KW이다. 참고로 순수전기차(BEV) 한대에는 보통 60KWh의 배터리가 들어가는데 이를 스마트폰으로 환산하면 약 4천~6천대의 스마트폰용 배터리가 들어가는 셈이다. 2025년 부터는 컴퓨팅 등 전력 소모가 급증할 것으로 전망되며 이에 따라 대당 배터리 용량은 평균 80KWh에 이를 것으로 보인다.

 

2) 전기차 배터리의 가격

 

용량당 가격 즉 KWh당 가격으로 표기한다. 배터리는 셀->모듈->팩 단위로 이루어지는데 현재 팩 기준으로 $150/KWh이다. 참고로 팩 기준으로 $100/KWh가 내연기관차와 전기차의 가격이 같아지는 지점이다. 이는 약 2024년경 달성될 것으로 보고있다.

자료: 삼성SDI
자료: 하나금융투자

 

5. 높은 마진을 기대하기 어려운 배터리 원가 구조

 

배터리 업체들의 영업이익률은 높지 않다. 10%가 넘기 쉽지 않다. 원재료비 비중이 매우 높기 때문에 높은 마진을 얻기 쉽지 않기 때문이다. 아래 표를 보면 왜 에코프로비엠과 천보의 주가가 고공행진을 하는지 알 수 있을 것이다. 에코프로비엠의 경우 수직 계열화를 통해 마진이 극히 박한 양극재 업계에서 한자리수 후반의 이익률을 얻고 있다. 천보의 경우 동종 업계가 맞을까 싶을 정도로 급이 다른 이익률을 보이고 있다.

 

<2021 2분기 기준 OPM, NPM>

 

 

 

<중대형 전지 원가 구조, 재료비 내 소재별 비중>

 

배터리 제조 원가 중 재료비의 비중이 무려 65%이다. 참고로 반도체의 경우 원재료 비중이 약 26%이다.

이 글을 읽으면 얻을 수 있는 것

1. 2차전지 폼펙터의 3가지 종류(원통형/ 각형/ 파우치형) 이해
2. 자동차 메이커별 베터리 폼펙터 채택 현황
3. 베터리셀 제조사별 폼펙터 생산 현황
4. 폼펙터별 장단점

일단 폼팩터의 뜻은 '하드웨어의 구성, 배열 및 형태'를 의미한다. 배터리 형태라고 해도 되지만 뭔가 있어보이기 위해 본 포스팅에서는 폼팩터라는 말을 자주 사용하고자 한다.

 

베터리 폼펙터의 3가지 종류

 

배터리의 형태는 크게 세가지로 나뉜다. 흔히 아는 건전지의 형태인 원통형, 대형 기기에서 자주봤던 각형, 그리고 파우치형이 그 주인공이다.


<형태별 베터리> 원통형, 각형, 파우치형

 

 

자동차 제조사별 베터리 폼팩터 채택 현황

 

전기차 탑2인 테슬라와 폭스바겐만 보면 테슬라는 원통형을, 폭스바겐은 각형 위주로 사용중이며 원통형도 일부 채택하고 있는 상황이다. 점유율은 각형 > 파우치형> 원통형 순이다.

각형 파우치 원통형
테슬라, 폭스바겐,
BYD, 도요타,
포드, 아우디
현대기아, 벤츠
르노닛산, 볼보
테슬라, 폭스바겐
  • 업계에서는 전기차 배터리가 하나의 폼팩터로 단기간에 표준화할 가능성은 낮은 것으로 보고 있다. 전기차 시장 자체가 빠르게 성장하고 있기도 하지만, 공급 자체가 극도로 부족한 상황이기 때문에 일단은 모든 폼펙터를 골고루 사용할 수 밖에 없기 때문이다. 그러나 장기적으로는 하나의 유형으로 표준화할 가능성이 높다.

  • 따라서 자동차 메이커들이 채택하는 베터리의 흐름을 잘 주시해야한다. 최근의 트렌드는 자동차 제조사와 베터리셀 제조사와의 합작 법인 설립인데 이때 자동차 제조사는 당연하게도 자사에서 사용하는 베터리 형태를 생산하는 셀 제조사를 선택할 수 밖에 없기 때문이다.

  • 폭스바겐은 최근 2030년까지 각형 비중을 확대하고 자체 생산도 확대한다는 계획을 발표했다. 각형을 주로 생산하는 CATL과 BYD와 함께 중국 시장 확대를 노리는 것으로 보인다.

 

베터리셀 제조사별 폼펙터 생산 현황

 


현재 베터리셀 제조사들의 베터리 폼펙터 생산 현황은 아래와 같다.

원통 각형 파우치
LG엔솔, 삼성SDI 삼성SDI, CATL, BYD LG엔솔, SK이노베이션, CATL

베터리셀 제조사별 폼펙터 관련 사업 현황까지 훑어보자.

[LG 에너지솔루션]

  • 주력은 파우치, GM,포드,볼보, 닛산, 현기차 등이 사용
  • 원통형도 생산중(테슬라향 공급), 최근 원통형 생산 라인 증설하여 원통형 확대에 대비(미국 전기차 스타트업의 경우 테슬라의 영향으로 원통형을 사용하는 경우가 많기 때문)
  • 각형 진출 가능성은 낮음. 폭스바겐이 각형 집중은 아쉽긴하나 LG가 입을 타격이 크진않음. 폭스바겐은 한 업체에 물량을 몰아주진 않기 때문

 

[삼성 SDI]

  • 삼성은 안정성 측면을 중시하여 초기부터 각형에 집중해왔음
  • 각형을 주력으로 하면서 테슬라를 중심으로 성장중인 원통형도 확대
  • 원통형은 미국 전기차 스타트업인 '리비안'에 공급하였고 전동공구 자전거 등 다양한 기기와 모빌리티에서 쓰이는 등 가능성이 보이고 있음
  • 현재 울산, 중국, 헝가리에 있는 공장 증설 검토중, 유럽 전기차 시장을 겨냥해 헝가리 공장을 증설하는 방안 검토중.

 

[SK이노베이션]

 

  • 파우치에만 집중하는 전략, 현기차와 함께 개발하는 배터리도 파우치형임
  • 중장기적으로 다른 폼팩터도 생산 가능하겠지만 전기차 확산 속도가 빨라 배터리 초과수요 상황이기 때문에 당분간 파우치에 집중해도 문제는 없다는 입장
  • 아직 기술적 발전 여지가 많기 때문에 각 유형별 경쟁속에 품질 개선이 이루어지는 단계이며 대세가 확정되려면 아직 멀었다는 입장
  • 그런데!! 최근 각형 베터리 경력직 채용 진행중. 각형 진출도 기대됨.

 

[CATL]

  • 테슬라, 폭스바겐, 르노, 스텔란티스, GM, 현대차, 포드, BMW, 도요타 등 세계 주요 완성차 업체들 대부분 CATL 제품도 사용
  • 파우치형과 각형 모두 제작. 형태의 다양성 뿐만 아니라 LFP, NCM 등 두루 양산해 완성차 업체들의 다양한 니즈를 충족
  • 테슬라와 기존 22년 6월까지였던 계약 기간을 2025년 12월로 늘림, 테슬라가 필요로하는 원통형을 생산하지는 않는 대신 '셀투팩', '셀투카' 기술로 테슬라에 공급

 

 

폼펙터별 장단점

  장점 단점
원통형 가장 오래된 2차전지 형태, 상대적으로 저렴하고 안전성도 우수하다 셀당 높은 에너지를 내기 어려워 다른 유형 대비 많은 배터리를 넣어야 한다. 디자인에 한계가 있을 뿐만 아니라 관리가 어렵고 수명도 비교적 짧다
각형 대량 생산이 용이하며 높은 안정성을 보유하고 있다 알루미늄 캔으로 포장돼 튼튼하다는 장점이 있으나, 상대적으로 무겁고 형태 변경이 어렵다
파우치형 형태 변경이 용이하고 에너지 밀도가 높다 안정성이 떨어지고 아직 가격이 비싸다



2차 전지 제조 과정은 김밥과 비슷하다.

 

아래 표를 보고 먼저 감을 잡아보자.

단계 김밥 2차 전지
1 김에 기름을 바르고 재료들을 얹어서 기본적인 맛을 구성 양극과 음극 기판에 활물질(양극재, 음극재)을 발라서 전기적 특성을 부여
2 돌돌말아서 포장지(호일이나 종이)에 넣는다 양극재와 음극재가 도포된 기판을 돌돌 말거나 접는다(이불 개듯) 그리고 원통/각형케이스/파우치 중 하나를 선택하여 넣는다
3 잘 포장되었는지 확인 마지막 검수

 

이제 조금만 더 구체적으로 한번만 살펴보자.

 

2차 전지 제조는 1)극판단계 2)조립단계 3) 화성단계로 나뉜다. 조립단계에서 2차전지(셀)이 사실상 완성되고 화성단계에서는 검사 및 포장만 하게 된다.

 

 

1)극판단계

자료: 메리츠증권

  • 전극공정이라고도 하며 기판에 전극을 형성하는 과정이다.
  • 음극재(양극재)를 기판(음극: 동박, 양극: 알루미늄)에 바른 후 기판의 두께를 납작(압연)하게 하고 가공이 편하도록 자른다

 

2) 조립단계

자료: 메리츠증권

  • 2차 전지 제작이 거의 완료되는 단계이다
  • a. 젤리롤 형성: 음극재(양극재)가 도포된 기판을 접거나 마는 과정이다. 김밥 말듯 마는 것을 Winding이라고 하고 이불 개듯 접는 것을 Stacking 이라고 하는데 대부분 접는 방식을 택한다. 이렇게 말거나 접힌 형태를 젤리롤이라고 한다. 
  • b. 젤리롤을 전해액과 함께 케이스에 넣고 밀봉한다. 그러면 2차전지가 완성된다. 다만 이는 2차전지 셀이 완성된 것이며 아직 바로 EV에 탑재할 수 있는 단계는 아니다. 셀이 모이면 모듈이 되고 모듈이 모이면 팩이 되며 전기차에는 팩 단위로 들어가게 된다.
  • 참고로 b 단계에서 케이스는 원통형/각형/파우치형으로 나뉜다. 이 중 어떤 케이스를 선택하느냐에 따라 원통형 베터리, 각형베터리, 파우치형 베터리로 불린다. 흔히 말하는 폼펙터가 바로 이것이다. 이와 관련해서는 다음 포스팅에서 자세히 다룰 예정이다.

 

3) 화성단계

 

자료: 메리츠증권

  • 문제가 없는지 검수하는 단계이다.
  • 충방전 반복하며 이상없는지 확인하는 등 여러가지 검사를 시행한다.(충방전 500~600회 반복시 배터리 성능의 80% 수준 유지 여부가 테스트 통과 기준)
  • 셀을 모아 모듈로 만들고 모듈을 모아 팩으로 조립하게 된다. (팩 단계에서 EV에 꽂을 수 있게 된다)

 

 

2차 전지에 대해 공부해보자.

투자를 위해 공부하는 것이니 너무 깊게 파고들기보다는 산업에 대한 감을 잡는 수준까지만 가보자.

 

 

2차 전지란?

 

1차 전지는 충전해서 다시 사용할 수 없는 전지를 의미한다. 대표적인 예는 우리가 사용하는 건전지이다.(물론 충전지도 있긴하지만 대부분은 1회용 건전지이다) 2차전지는 1차에서 나아가 충전 및 재사용이 가능한 전지를 의미한다. 2차전지는 말그대로 충전이 가능한 전지를 의미하는 것이기 때문에 사용하는 소재에 따라 여러 종류가 있다. 현재 주로 사용 되는 2차전지는 리튬이온전지이며 이는 1991년 일본의 소니가 개발한 것이다.

 

 

리튬이온전지 원리?

 

리튬이온이 음극에서 양극으로 이동하면서 전류를 발생시킨다.

출처: GS칼텍스

리튬이온 배터리는 양극(+)과 음극(-) 물질 산화환원반응으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시킨다. 산화환원 반응은 반응물간 전자(e-)이동으로 일어나는데 전자를 잃은 쪽을 '산화'됐다고하고 전자를 얻은쪽을 '환원'됐다고 한다.

 

다소 헷갈릴 수 있는데 천천히 단계별로 다시 살펴보자.

 

<방전 과정>

a. 음극에 있던 리튬이 산화반응을 통해 리튬이온(Li+)과 전자(e-)로 분리된다.

b. 전자는 회로를 통해 양극으로 가고 리튬이온은 전해액을 타고 분리막을 지나 양극으로 이동한다

c. 양극에서 다시 리튬으로 결합한다.

 

<충전 과정>

a. 양극에 있던 리튬이 산화반응을 통해 리튬이온(Li+)과 전자(e-)로 분리된다.

b. 전자는 회로를 통해 음극으로 가고 리튬이온은 전해액을 타고 분리막을 지나 음극으로 이동한다

c. 음극에서 다시 리튬으로 결합한다.

 

 

요 자료도 한번 살펴보자.

출처: 한국전자신문

리튬이온전지 4대 소재

 

흔히 2차전지의 '4대 소재'에 대한 얘기를 들어봤을 것이다. 그것들은 바로 위 그림에 있는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막이다. 위에서 간단하게 소개하긴 했지만 다시 한번 자세히 살펴보자. 소재업체들에 투자하기 위해서는 이 부분에 대해 잘 알아야한다.

 

 

a. 양극재

  •  양극 기판 위에 바르는 물질이다. (참고로 양극기판은 그림속의 양극기재에 해당되는데 알루미늄으로 제작된다)
  • 양극재는 전구체와 리튬을 섞어서 만든다. (전구체70% 리튬27%+가스(질소 등) 3%)
  • 전구체의 종류는 5가지 정도로 분류된다. 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(AI) 등을 조합하여 NCM, NCA, LMO, LCO, LFP(리튬인산철) 이 대표적이다.

 

양극재 종류 주요특성
NCM 니켈 코발트 망간이 특정 비율(ex 1:8:1)로 존재하며 현재 가장 많이 이용됨

주요 생산업체: Umicore(1위), 에코프로비엠(2위, 국내기업), 포스코케미칼(3위, 국내기업), L&F(4위, 국내기업)
참고로 에코프로비엠은 니켈 함량을 93%까지 올리는 기술 개발중
NCA 출력과 에너지 밀도가 높음 (니켈 80%)

주요 생산업체: 스미토모메탈마이닝(M/S 1위, 파나소닉을 통해 테슬라로 공급), 에코프로비엠(M/S 2위, 국내기업), 바스프토다(Basf Toda, M/S 3위)
LCO 높은 에너지밀도와 긴 수명, 리튬2차전지 상업화 초기에 많이 이용
LMO 망간을 사용해 가격이 저렴, 안정성 우수하나 고온에는 비교적 약함
LFP 철을 사용해 저렴하고 안정성 높음, 순도 및 전기전도도는 개선 필요

주요 생산업체: CATL, BYD

 

니켈은 무겁고 힘이 강한 원소이다. 따라서 니켈의 비중이 올라가면 베터리의 힘이 강해진다. 양극재에 들어가는 니켈 외의 원소들은 니켈의 안정성을 제어해주는 역할이다. NCM의 경우 니켈 함량이 80%인 NCM811부터는 니켈의 안정성을 매우 적은 양의 코발트와 망간으로 제어해야 하기 때문에 공정이 매우 고도화된다. 

 

국내 업체는 NCA와 NCM 위주이다. LFP는 중국 업체들이 많이 사용한다. LFP는 니켈 대신 철을 사용한 것이며 NCA와 NCM 대비 안정성은 높지만 효율은 다소 떨어진다.

 

참고로 양극재는 원재료 비중이 무려 70%이기 때문에 영업이익률이 낮다. 다만 에코프로비엠의 경우 전구체 제작 등 양극재의 모든 단계를 수직계열화 하였기 때문에 원가경쟁력이 있는 편이다(OPM 7~8%). (참고로 포스코케미칼은 3%,L&F는 적자)

 

 

b. 음극재

  • 음극재는 흑연으로 제작한다
  • 천연흑연과 인조흑연이 있는데 보통 섞어서 사용한다. 
  • 천연흑연은 에너지 용량이 인조대비 높지만 수명이 상대적으로 짧다. 인조흑연은 반대이다 
  • 국내에서 음극재를 생산하는 곳은 포스코케미칼이 유일하다. 현재 천연흑연음극재만 생산하고 있으며 2023년부터 인조흑연 음극재도 생산 예정이다.
  • 배터리는 음극과 양극이 리튬을 주고받는 과정이다. 따라서 양극과 음극의 균형이 중요한데 양극은 니켈함량을 꾸준히 높이면서 힘이 강해졌으나 음극은 제자리걸음이었다. 그래서 최근에는 음극도 강화하기 위해 첨가물을 넣기 시작했다. 그것이 바로 실리콘 산화물(SIOX)과 실리콘 카본(SIC)이다. 흑연 음극 용량의 5~10%를 첨가한다.
  • 음극 실리콘산화물(SIOX) 첨가물을 생산하는 국내 기업은 대주전자재료가 유일하다.
  • 실리콘카본(SIC) 첨가제는 한솔케미칼이 생산한다.
  • 실리콘 첨가제 산업이 좋은 것은 실리콘 원재료가 비중이 30%밖에 되지 않는다는 것이다. 따라서 영업이익률이 높다.(대주전자재료 영업이익률 현재 10%대 중반 수준)
  • 아직 양극재 시장은 NCM622가 대세인데 니켈 8부터는 음극재 첨가물 시장이 급성장할 것으로 기대된다.(니켈힘이 강해지면서 음극재 힘도 강화해주어야 하기 때문)

 

c. 분리막

  • 분리막은 리튬이 지나가야하기 때문에 다공성 즉 구멍이 효율적으로 잘 뚫려있어야한다
  • 리튬외에 다른것이 통과하면 폭발 사고가 난다. 따라서 내구성이 중요하다. 구멍이 찢기면 안되기 때문이다.
  • 분리막은 생산이 어렵기 때문에 경쟁강도가 낮다. 국내의 SKIET, 일본의 아사히, 도레이, W스코프, 중국의 상연은첩등은 마진율이 30%를 상회한다. (SKIET 21년 1분기 분리막 마진 40%)
  • 단 현재의 2차전지 형태에서 전고체베터리로 바뀔 경우 분리막 사업은 망한다. 분리막이 필요가 없어지기 때문이다. SKIET도 이 리스크에 대비해서 고체 전해질을 개발중이다.

 

d. 전해액

  • 리튬을 옮겨주는 역할이며 '전해액=전해질 + 용매 + 첨가제' 이다
  • 전해액 업체가 하는 일은 위 각각의 원재료를 구매해서 혼합하는 것이다.
  • 전해액의 특징은 폭발물이며 변질이 쉽다는 것이다. 따라서 운송거리를 줄이기 위해 일반적으로 배터리 업체 바로 옆에 짓는다. 
  • 전해액은 국내에서는 동화기업, 솔브레인, 엔켐이 생산하며 글로벌 시장의 메이저는 일본기업들이다.
  • 전해액 생산에서 가장 중요한 것은 첨가제이다. 물량 기준으로는 전해액이 100%이면 용매가 85, 전해질 10 첨가제 5 수준이나 원가 비중으로는 용매 40 전해질 30 첨가제 30 수준이다. 
  • 전해액 첨가제 시장은 일본이 꽉 잡고 있는데 국내에서는 유일하게 천보가 사업을 키우고 있다.

 

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