투자 페이스메이커

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>

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.

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>

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.

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.