[리포트·정보] 2차 전지/전기차, 'Tesla의 무게 중심은 공정 혁신'

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안녕하세요 🖐🖐🖐

주린이 루루입니다 😆😆

이번에는 지난 번 '전기차 배터리 시장은 이제 시작일 뿐이다'의 다음 내용인 Tesla의 무게 중심은 '공정 혁신'이라는 파트에 대한 요약입니다. 발췌한 하이투자증권의 리포트 '모든 것이 예상을 뛰어넘는다'는 글 아래에 링크 첨부하였으므로 전문 참고 가능하십니다. 👍👍

Tesla 'Battery day' 이후 배터리 기술 경쟁 본격화

Tesla는 지난 9월 배터리데이를 통해 배터리 내재화와 생산원가 절감 및 주행거리 향상을 위한 기술 Roadmap 공개했으며 중장기적으로 배터리 가격 56% 하락, 주행거리 54% 향상, GWh당 설비 투자비 69% 절감 목표라고 발표했습니다. Tesla의 기술 개발 방향성의 무게 중심은 '공정 혁신'으로 23년에 LFP 배터리를 채택한 $25,000 수준의 중저가 전기차 출시 계획이라고 합니다.

Tesla 배터리 특성 개선

Battery day에서 발표한 비용 절감을 위한 5가지 방식

Gigafactory 4 배터리 자체 생산

Tesla는 지속적으로 증설 계획을 발표 중으로 특히 21년 생산 개시를 예정하고 있는 독일 베를린 Gigafactory 4에서 배터리를 자체 생산할 것으로 언급했습니다. 추가적인 증설로 22년 100Gwh, 2030년 3TWh 규모 Capa.를 계획하고 있다고 전했는데 지난 19년 10월에 배터리 조립 자동화 설비 업체인 캐나다의 Hibar Systems를 인수하였다는 점도 배터리 내재화 가능성 높이는 요인이라고 합니다. 미국 네바다 Gigafactory 1, 뉴욕 Gigafactory 2, 중국 상하이 Gigafactory 3, 독일 베를린 Gigafactory 4를 거쳐 최근 미국 Texas주 Austin지역에 Gigafactory 5 신규 증설 발표했는데 Gigafactory 5의 부지 면적은 약 8.5km2 규모로 기존 Tesla Factory의 1.5km2 대비 6배 이상 큰 규모의 공장입니다.

Cell design(18650, 21700 → 46800)

기존에 사용되었던 21700(직경 21mm, 길이 70mm) 원형 배터리를 46800(직경 46mm, 길이 80mm)으로 대체하여 에너지 밀도 향상하고 Tabless 기술을 통해 원통형 배터리 셀의 탭이 삭제될 경우 공정 간소화 및 연속 생산 공정이 가능해짐에 따라 추가적인 비용 절감이 되고 열효율 및 출력도 개선된다고 언급했습니다.

추가 : 원통형 배터리 장점

기본적으로 원통형 배터리는 테슬라가 사용하는 배터리 형태로 유명합니다. 이러한 원통형 배터리는 가장 전통적인 형식의 배터리로 가장 싸고 안정성과 수급 문제가 적다는 것이 장점이라고 할 수 있습니다. 하지만 각각의 셀이 높은 에너지를 낼 수 없다는 치명적인(?) 단점을 극복해야하는 과제가 있다는 점과 충방전이 지속되었을 때에 다른 배터리 형태에 비해서 성능이 저하될 가능성이 크다는 점과 뒤틀림 현상으로 인한 수명 단축이 그 외 배터리 형태에 비해서 상대적으로 더 많이 부정적인 영향을 받는다고 알려져있습니다.

Cell factory(건식 전극 코팅 방식, Tabless)

Tesla는 19년 건식 전극 코팅 기술을 보유한 Maxwell Technologies를 2,450억원에 인수했습니다. 건식전극 코팅 방식은 건식 파우더를 혼합해 필름 형태로 만들어 이를 전극판(Al, Cu) 위에 바로 올리는 방식으로

① 습식 방식 대비 에너지 밀도가 200~250Wh/kg에서 300Wh/kg까지 개선되며,

② 2배의 수명 개선 효과가 있으며,

③ Solvent(용매) free 공정을 통해 생산성을 크게 높일 수 있어 원가 절감 효과가 극대화되는 효과가 있습니다.

이 사항에서 가장 큰 관심사는 배터리 가격을 내연기관차와의 Price Parity로 알려진 $100/kWh를 달성할 수 있는가의 문제입니다.

실리콘 음극재 / High-nickel 양극재

배터리 수명 개선에서는 크게 두 가지 가능성이 대두되었습니다. 그 중 첫번째는 CATL의 LFP 배터리 기술 + CTP(Cell-To-Pack)이고 두번째는 High-nickel 양극재+실리콘 음극재 적용 가능성입니다. LFP 양극 활물질은 NCM/NCA 대비 수명은 훨씬 긴 반면에 에너지 밀도는 떨어지는 약점이 존재하고 이에 CTP(Cell-To-Pack) 기술 적용을 통해 에너지 밀도를 개선시키겠다는 것이 Tesla의 의도인 것 같다고 전하고 있습니다.

다만 전기차에 배터리를 탑재할 공간은 제한적이기 때문에 상대적으로 에너지 밀도가 낮은 LFP 배터리는 주행거리 확보에 불리합니다. 특히 완전자율주행 기술이 상용화될 경우 높은 에너지밀도의 배터리가 필수적이기 때문에 LFP 배터리가 적용될 수 있는 시장은 주행거리가 짧은 도심형 전기차, 경제성이 중요한 중저가 전기차 영역에 국한될 것으로 전망이고, 완전자율주행차는 기존에 상용화돼 있는 Level 1~2 단계의 전기차보다 최대 35% 많은 전력을 소비 주행거리 단축시키기 때문에 배터리 에너지 밀도에 대한 문제점 극복이 필요할 것으로 판단됩니다.

Cell vehicle integration(Cell to Chassis) 비용 절감

Tesla는 Single-Piece Casting을 통한 부품 감소 및 공정 간소화를 통해 이미 40%의 비용 절감을 이루어냈으며, 추가로 모듈과 팩을 생략해 배터리 셀을 기존 대비 더 밀도 있게 채워 넣음으로써 추가적인 에너지밀도 개선했다고 합니다.

개인적 의견

전기차 시장을 논하면서 테슬라를 얘기하지 않는 것은 큰 의미가 없다고 생각합니다. 테슬라의 주가에 대해서 많은 의견들이 분분하지만 주가를 떠나서 테슬라가 지나온 전기차 업체로서의 경력과 과정은 무시할 수 없다고 생각합니다. 전기차 시장에서 테슬라가 가지고 있는 영향력은 무시할 수 없으며, 다른 업체에 비해서 많은 기술력과 운영 경험이 앞서있기 때문에 향후에 전기차 시장에서 테슬라를 앞서 나갈 수 있는 업체의 가능성은 크지 않다고 생각합니다.

그 얘기는 다시 말해서 테슬라의 방향성과 부합하는 산업 전망을 통해서 투자 전략을 세울 수 있고, 반대로 새로운 도전자에 대해서 대비를 하는 것도 좋은 방법이라고 생각합니다. 예를 들어 최근 이슈가 되고 있는 도요타의 전고체 배터리의 경우에 전기차 시장 자체에서는 게임 체인저가 될 수 없으나, 적어도 배터리 이슈 관련해서는 게임 체인저가 될 수 있는 소지를 남기고 있습니다.(실제 양산까지는 오랜 기간 소요될 것으로 업계에서는 판단하고 있으나, 전고체 배터리 관련 사항 중 가장 빠른 생산 발표를 한 것은 사실입니다.)

테슬라 관련주로 흔히들 분류하는 LG화학, 센트랄모텍, 아모그린텍, 계양전기, 영화금속 등 다양한 기업에 대한 정보들은 테슬라 관련주로 검색해도 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 그러한 종목들에 대해서 투자를 하실 때에는 개인적으로 실적 관련된 추이가 명확하게 형성되는지라고 생각합니다. 테슬라에 납품한다고 해서 그것이 해당 업체에 대해서 어드밴티지로 높은 밸류에이션을 주었다면 수주 업체의 변경이나 공시에 대해서 반드시 검증이 이루어져야 할 것입니다. 왜냐하면 테슬라가 추구하는 규모의 경제(이익)적인 측면에서 단가를 낮추기 위해서는 물량 조달에 대한 부분이 필수적인데 테슬라의 기가팩토리의 위치와 현지 법인의 유무(생산 시설)는 장기적인 수주에 많은 영향을 미칠 것이라고 생각합니다. 이는 매우 단적인 예이고, 테슬라 이외의 업체에 대해서도(예를 들어 전고체 배터리) 관심이 있다면 미리 밸류체인을 정리해두는 것도 좋은 공부 혹은 투자 준비가 될 것이라고 생각합니다.

Tesla = 규모의 경제 ?

이는 곧 저렴한 전기차의 출시를 통해서 보급율을 늘리겠다는 의미로 보이고 흔히들 말하는 규모의 경제 현상을 이용하겠다는 것으로 해석하고 있습니다. 왜냐하면 대규모 Capa 증설에 지속적으로 투자하고 있으며, 단가 절감으로 보급 자체를 극대화하고자 하는 의지를 지속적으로 표명해왔기 때문입니다. 여기에서 규모의 경제라는 것은 생산 규모의 확대에 부응하여 생산물 한 단위당 비용이 삭감되는 것을 말하는 것으로 투입된 각 생산 요소의 총량의 변화에서 생기는 것으로서 생산 요소 사이의 비율의 변화에서 생기는 것이 아니므로 설비가 일정한 전제 아래에서 각 생산 요소 간의 비율 변화에서 생겨나는 대량생산의 이익과는 엄밀히 구별되어야만 합니다. 규모의 이익은 한 기업내의 생산 규모의 확대로 생겨날 뿐만 아니라 산업 전체의 일반적 발전에서도 생겨나는데 이 경우 전자를 내부 경제, 후자를 외부 경제라고 합니다. (출처 : 위키백과 '규모의 경제')