[리포트·정보] 2차 전지/전기차, 국내 업체들이 가야 할 길 '소재 혁신'에 답이 있다.

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안녕하세요 🖐🖐🖐

주린이 루루입니다 😆😆

이번에는 2차 전지/전기차 관련 리포트 요약 네 번째 시간입니다. 해당 리포트 전문이 필요하신 분은 글 하단 링크에서 확인 가능합니다.

향후 국내 업체들의 리튬이온 배터리의 기술 개발 방향

양극재는 High-nickel 양극활 물질과 CNT(Carbon nanotube) 도전재를 적용해 에너지 밀도를 높이기
음극재는 기존 흑연 음극활물질에 실리콘 음극활물질 5wt%~15wt%를 섞는 형태로 리튬이온의 저장 용량을 높이고 충전 시간 개선
전해액은 LiPF6 , LiFSI(F전해질), LiPO2F2 (P전해질) 등의 범용 전해질에 더해 LiDFOP(D전해질), LiBOB(B전해질) 등을 첨가해 배터리 수명, 저온 성능 및 충/방전 효율을 개선

차세대 배터리로 불리는 전고체 배터리는 혁신적인 연구개발이 이루어지고 있지만 실제 적용되는 시기는 적어도 2027~2030년 이후일 것으로 전망되며 향후 상용화가 되더라도 배터리 양산성을 고려한 가격 대비 성능비가 중요할 것으로 판단된다고 합니다. 만약 상용화가 된다면 현 시점에서 볼 때 전기차용 배터리 방식이 현재 리튬 배터리의 기본 구조에서 크게 바뀔 가능성 존재합니다.

국내 업체들이 Tesla와 경쟁하기 위한 기술 방향은?

Tesla의 목표는 ‘저비용 고성능 배터리’를 ‘대량 양산’해 세계 최고 수준의 배터리 셀을 자사 전기차에 적용하겠다는 것이고 확실히 Tesla는 공정 혁신을 통해 배터리 원가를 낮추는 방향에 무게 중심을 두고 있습니다. 향후 국내 업체들이 가야 할 방향은 에너지 밀도를 높이기 위한 소재 혁신으로 기술/ 가격 경쟁력 격차를 좁히는 것이 불가능한 것은 아니라고 판단하고 있습니다.

국내 업체들의 전략 방향, 우리는 소재 혁신으로 간다

국내 업체들이 가야 할 방향은 에너지 밀도를 높이기 위한 소재 혁신으로 하이투자증권에서 추정한 배터리 원가 분석에 따르면 차세대 배터리의 에너지밀도는 기존 210Wh/kg에서 285Wh/kg으로 개선을 기대할 수 있어 용량당 판가는 약 $125/kWh에서 $80~90/kWh 수준까지 빠르게 하락할 것입니다. 가연기관의 price parity가 kWh당 100달러라고 하니, 중대한 시기가 될 것 같습니다. 향후 중대형 배터리 업체들도 적용을 계획 중인 CTP(Cellto pack) 기술까지 적용한다면 Pack 기준으로는 Tesla와 겨루어볼 만한 가격대까지 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 판단하고 있습니다.

완성차 업체들의 요구 사항은 명확하다

Tesla의 목표는 ‘차세대 저비용 고성능 배터리’를 ‘대량 양산’해 세계 최고 수준의 배터리 셀을 자사 전기차에 적용하는 것으로 주요 완성차 업체들이 배터리 업체에 요구하는 사항은 명확합니다.

주행 거리 향상
충전 시간 단축
저온 성능 개선
수명 증가
배터리 가격 하락

신규 첨가제 관련 업체

양극활물질은 중장기적으로 ‘High-nickel → 단결정 양극재’ 적용될 전망

다결정 양극재의 경우 SEI층의 형성과 파괴가 반복되며 배터리 수명이 급격히 감소하지만 단결정 양극재는 SEI 층의 두께가 비교적 일정하게 유지됨에 따라 수명이 훨씬 길다는 장점 보유하게 됩니다.

실리콘 음극활물질 효과

에너지 밀도 향상
충전 시간 단축

양극재에서 높은 에너지를 생성하더라도 이를 저장하는 장소인 음극재가 균형 있게 받쳐주지 않는다면 효율성이 떨어질 수 밖에 없습니다. 특히 충전 시 음극재가 리튬이온을 더 잘 받아들일 수 있어야 충전 시간 개선 가능한데 가장 많이 사용되던 흑연의 뒤를 이을 소재로 실리콘(Si)이 부각되고 있습니다. 배터리의 음극 내에서 흑연은 리튬이 6개의 탄소 원자에 포위된 LiC6(Li+6C=LiC6 ) 형태로 저장돼 있으며, 실리콘은 리튬이온과 결합해 Li22Si5 (22Li+5Si=Li22Si5)로 형성하게 됩니다.

도심 내 전기차 사용자들의 큰 불만은 주행거리가 아니라 긴 충전시간일 것으로 현재 국내에서는 충전 공급 전력이 급속충전기가 50kW급, 완속충전기는 7kW급이 주를 이루고 있는데 일반적인 가정에서 전기차 1시간 충전시 주행거리는 약 40km에 불과하기 때문에 1회 충전시 최대 주행거리가 충분히 길지 않더라도 배터리 충전시간을 크게 단축시킨다면 자주 충전이 가능한 도심 지역 내에서 사용하는데 큰 불만 해소 가능하므로 향후 배터리 업체들이 음극재 관련 기술 개발에 적극적일 수 밖에 없을 것으로 판단하는 이유라고 합니다.

양극재에 CNT 도전재 적용시의 효과

에너지 밀도 향상
수명 개선

CNT 도전재를 양극재에 적용할 경우 기존 도전재인 카본블랙 대비 전자 이동도가 높아 사용량을 1/5로 줄일 수 있기 때문에 체적 에너지 밀도(Volumetric energy density)가 향상된다는 것과 고가의 바인더 사용량 감소에도 도움을 주고 고전압 고속 충전에도 유리하다고 합니다. 이는 곧 배터리 에너지 밀도를 높일 수 있으며 생산 원가 절감 효과가 기대되나 일반적으로 CNT는 미세분말 상태라서 그 자체로는 사용이 어렵고 우수한 특성들을 효과적으로 발현시키기 위해서는 반드시 용액에 물리적으로 분산시키거나 다른 소재와 복합체로 만들어 사용해야 한다는 제한사항이 있습니다. 최근에는 대다수 중대형 배터리 업체들이 음극재에 실리콘을 첨가해 사용하는 방향으로 개발을 추진하면서 CNT 도전재가 실리콘 음극재의 팽창을 잡아주는 보완재로서 더욱 중요성이 부각되고 있습니다.

신규 전해질/첨가제 효과

배터리 수명 향상
충방전 효율 개선
저온 방전 억제

2025년 첨가제 시장 규모 전망 - 실리콘 음극재 6.1조원, CNT 도전재 3.7조원까지 성장 예상

보시는 것처럼 첨가제 시장은 아직 확대 시작을 하지 않은 상태이며 21년도 이후부터 급격한 증가를 보이고 있기 때문에 실적을 기준으로 접근하신다면 21년도의 실적 추이가 중요한 지표가 될 것으로 보입니다.

개인적인 의견

배터리 시장에서 접근할 때에 당장 성과가 나오고 있는 LG화학(에너지솔루션), 삼성SDI, SK이노베이션이나 양극재로 대변되는 에코프로비엠, 포스코 케미칼, 앨엔에프 등의 기업에 많은 관심을 가지고 있었는데 결국 배터리의 성능을 부가할 수 있는 첨가제에 대한 관심도 진작에 가져야했었나 싶습니다. 하지만 첨가제 시장 자체가 아직 제대로 시작하지 않았기 때문에 그 실적을 확인할 방법이 없어서 보수적인 투자 성향이 강한 저에게는 투자하기가 힘든 종목이었고, 이는 주가의 상승을 지켜봐야하는 상황이 되었습니다.

현재는 어느정도 조정을 받은 가격대에서 최근 배터리/2차 전지 관련주가 많이 상승을 하였기 때문에 당장은 진입하기 힘든 것으로 판단이 되나, 위의 내용들처럼 배터리의 성능 개선을 위해서는 필수적으로 진행되어야 하는 과정들이고, 첨가제의 경우에는 21년도 이후부터 급격한 성장을 이룰 것으로 판단이 되기 때문에 그 이전에 기술 개발과 더불어 얼마나 Capa를 형성하는지가 종목 선별의 관건이 될 것이라고 판단됩니다.