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국내 전고체 배터리 및 소재 개발 현황

SK이노베이션
: 2020년 노벨 화학상 수상자인 존 구디너프 미국 텍사스대 교수와 고체전해질 연구에 착수

티디엘 : 2012년 한국생산기술원으로부터 총 3차례 전해질 합성과 배터리 제조, 양극복합화기술을 이전 받아 전고체 배터리 생산기술을 완성
나주공장에서 소재합성 및 전고체전지 전극/셀 제조공정을 확보하여 국내외 업체에 판매 또는 샘플 제공을 하고 있음.

티디엘은 고체전해질 분말 생산성을 높이고자 하소 조건 변경을 통해 투입량이 늘어나더라도 Cubic 구조의 LLZO 결정구조를 갖는 합성 조건을 확보하고 있음.
또한 생산된 고체전해질을 이용한 복합시트를 제조하기 위해 슬롯다이 코터의 모노펌프 RPM에 따른 두께편차 최소화 조건과 안정적인 두께의 시트 캐스팅 조건을 도출하였음.

대주전자재료 : 2021년 10월 한국전기연구원이 자체 개발한 “황화물계 전고체전지용 고체전해질 공침 제조기술”을 대주전자재료에 기술이전

한농화성 : 전고체용 고분자 전해질 핵심소재인 가소제와 가교제를 개발

씨아이에스 : 씨아이솔리드, 티에스아이, 한국진공 등과 고체전해질 생산라인 마련을 위한 MOU를 맺었음.

이수화학 : 전고체용 황화리튬 저가화 연구를 진행 중

정관디스플레이 : 황화물, 산화물을 판매하고 있으며, 대량 생산이 아닌 배치 Scale로 수십 kg 정도의 샘플을 공급

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”
글로벌 전고체전지 시장 주요 플레이어 현황

한국 : 황화물계 (삼성SDI, LG에너지솔루션), 산화물계 (삼성전기, 티디엘)
일본 : 황화물계 (도요타, 히타치, 파나소닉), 산화물계 (무라타-소니, TDK, FDK, NGK, Ohara)
중국 : 황화물계 (CATL), 산화물계 (WeLion, Qingtao Energy Development)
대만 : 산화물계 (ProLogium)
미국/캐나다 : 황화물계 (Solid Power), 산화물계 (QuantumScape), 폴리머 (Hydro-Quebec, SES Lonic materials)
유럽 : 산화물계 (STMicroelectronics, LLika), 폴리머 (Blue Solutions)

※ 프랑스 업체인 Blue Solution(Bollore Group 자회사)은 폴리머를 사용한 반고체전지를 상용화하였음.

※ 1990년대부터 파나소닉과 함께 도요타는 전고체전지에 대한 연구를 지속해오고 있으며 가장 많은 특허를 보유하고 있음.

SK이노베이션은 2021년 10월 미국 솔리드파워에 3,000만 달러 투자.
LG에너지솔루션은 미국 샌디에고대와 상온에서 고속 충전이 가능한 전고체전지를 개발하였으나 상용화는 2027년 이후로 보고 있음.
2020년 3월 전기 자동차용 전고체전지 프로토 타입을 발표한 삼성SDI는 삼성종합기술원 등과 공동으로 2027년 상용화를 목표로 연구/개발을 진행 중임.

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”
산화물계 고체전해질 산업 및 시장 분석

고체전해질은 전지의 전압과 에너지 밀도를 증가시키는 초이온 전도체로, 빠른 확산으로 인해 상대적으로 높은 이온 전도도를 나타내고, 불연성이며 더 긴 사이클 수명을 지녔음.
또한 급속 충전이 가능하여 고전력의 애플리케이션에 사용할 수 있으며, 그 외 전기자동차, 웨어러블 및 드론 시장에서 폭넓게 이용될 수 있음.

전고체 배터리용 고체전해질 재료로는 세라믹, 폴리머, 유리, 황화물, 산화물, 리튬 인 산실화물(LiPON), 리튬 붕인산(LiBP)등이 있으며, 인산염, 폴리실록산, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리에스테르 및 니트릴 기반 전해질과 같은 다양한 기타 화학물질/재료도 연구 개발되고 있음.

고체전해질은 높은 에너지 밀도가 가능하고 단락을 방지하여 배터리의 고효율화뿐 아니라 수명을 연장할 수 있음.

산화물계 고체전해질은 무기/세라믹 전해질의 일종으로 공기에 대한 화학적 안정성이 높음.
고체 산화물 전해질은 고체 상태의 리튬 배터리에도 널리 사용되지만, 황화물보다 이온전도도가 낮으며, 단단한 세라믹 성질을 가지고 있어 전극-전해질 계면에서 접촉이 좋지 않음.

산화물 기반 고체전해질 소재의 수요는 주로 전기차 및 ESS 등 안전성이 요구되는 중대형 전지를 사용하는 산업의 성장에 의해 주도되고 있음.
그 외 웨어러블 장치 및 RFID 태그에서 의료기기까지 다양한 분야에서 응용되고 있음.
의료기기 산업에서는 온도센서, 심장 박동기 및 스마트 패치 등에 사용되고 있음.

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”
산화물 기반의 고체전해질 분야의 밸류체인

산화물 기반의 고체전해질 소재는 전고체전지의 시스템 내에서 생성되는 리튬이온의 전달 및 이송용 핵심부품으로 사용됨.

산화물 기반의 고체전해질 소재는 복합고체전해질 시트 및 양극층 내에서 이온전도 path를 증가시켜 주고, 시트의 기계적 특성, 리튬 덴드라이트 억제 등 기존 고분자 이온전도체의 한계를 극복하는 핵심 기능으로 활용

산화물계 고체전해질 소재는 NCM 양극 기반의 전고체 리튬이차전지 외에도, 리튬-황, 리튬-에어 전지의 전고체화에 요구되는 핵심소재로서 활용될 수 있음.

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”
산화물 기반 고체전해질 소재

“산화물기반 고체전해질”은 산화물 상태에서 리튬 이온전도성이 우수하고 분말의 입도 및 형상제어에 의해 고효율 복합고체전해질 시트 및 복합양극, 그리고 전고체리튬전지를 구현하는 산화물계 고체전해질 소재임.

고체전해질 소재는 주로 무기 고체전해질, 유기(고분자) 고체전해질로 분류되며, 무기 고체전해질은 고분자 고체전해질과는 달리 유연성 측면에서는 불리하지만, 본질적으로 불연성이기 때문에 안전성면에서 매우 우수하고 리튬이온(Li+)만이 전도하는 높은 수율의 이온전도(Single-ionic conduction) 특성을 나타냄.

무기고체전해질 결정재료에 해당하는 산화물 기반의 고체전해질은 Garnet형 LLZO, NASICON형 LATP, 페소스카이트형 LLTO 등이 있으며, 최대 ~10-3 S/cm정도의 이온전도도를 가지고 있음.

산화물 기반의 고체전해질은 분말상태로서 전고체전지의 고체전해질 시트 및 양극의 설계 요건에 따라 소결에 의한 산화물 상태의 펠렛 시트, 그리고 산화물 기반의 고체전해질 분말과 고분자/리튬염과의 복합화에 의한 복합고체전해질 시트로서 제작될 수 있음.

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”
산화물 기반 고체전해질 소재 및 복합고체전해질 시트의 개발 필요성

산화물 기반의 고체전해질 소재는
이온전도성이 대체로 우수하지만 매우 rigid한 특성으로 인해, 산화물만으로 전기차 등 중대형의 전고체 전지를 제작하는 데 요구되는 고체전해질 시트 및 양극, 전고체 전지 Ass’y등 대면적 제조기술에는 한계점이 있음. (소형 IT기기용으로 보다 먼저 적용될 수 있음)

산화물 기반의 고체전해질 소재를 고분자/Salt와 복합화하는 복합고체전해질 시트 기반의 전고체 전지가 실질적 대안이 되고 있으며, 복합고체전해질 시트에서 산화물 이온전도체의 결정구조 및 물리적 형상 등이 이온전도 특성에 큰 영향을 주고 있음.

복합 양극에도 고체전해질 소재 적용이 필요하며, 핵심 소재로는 고성능 및 고효율의 산화물 기반의 고체전해질 소재의 연구개발 및 산업화 기술이 요구되고 있음.
자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”
● 고전위창 가넷구조 LLZO(Garnet형 Li7La3Zr2O12) 전구체 합성공법

티디엘의 “(차세대 2차전지) 산화물계 고체전해질 및 황화물계 고체전해질이 코팅된 양극활물질 및 이를 포함하는 전고체전지(10-2388591)”가 2022년 11월 대한민국 발명특허 대전 대통령상 수상.

전고체전지는 액체 전해질이 없기 때문에 구성 요소인 전극 사이의 저항이 커지게 되는데, 티디엘은 이러한 문제점을 하이브리드 양극과 밀도가 다른 전해질층을 두어 한계를 극복하였음.
이는 추가물질 없이 전극과 고체전해질 사이 경계면의 계면저항을 감소시키는 계면 제어기술을 확보했기 때문에 가능.

티디엘의 2023년 보유하고 있는 전고체전지 관련 국내외 특허는 41건.

● 관련기술

○ 공침법(Co-precipitatation ; 2성분계 이상의 다성분계 촉매의 제법)의 원리
- 침전법의 일종으로 양이온 용액(금속 염 용액)과 음이온 용액(침전제)를 일정한 양과 속도로 넣음에 따라 반응하면서 핵과 결정을 성장 및 응집 시키는 원리이며, 결정성장 및 응집으로 인해 무거워진 입자는 용액과의 비중차로 침전됨.

- 공침법의 장점 : 고순도, 재현성, 조성설계 용이, 대량생산화 가능, 경제성, 균일성

○ 개발 완료된 전구체, 고제전해질, 고체전해질 시트, 전고체 전지
▷ 전구체 / 고체전해질 분말
- 분말입도 : < 1 – 10㎛
- 이온전도도 : ~ 10-3S/cm@RT
- 전위창 : 0 ~ 6.0 V@RT

▷ 고체전해질 시트
- 폭 : 15cm
- 두께 : < 80㎛

▷ 전고체 전지
- 에너지밀도 : 180Wh/kg, 600Wh/L
- 출력밀도 : 200W/kg
- 용량 : 0.1Ah, 2Ah, 5Ah, 10Ah, 20Ah
- 안정성
- 비발화성(non-flammable)
- 높은 전압안정성 (>5.0V)

○ 쿠에트-테일러 반응기를 통해 LLZO 전구체 합성
- 와류쌍은 섞이지 않으며 반응이 진행될수록 입자가 성장

○ 복합 고체전해질 시트 : 습식공정에 의해 제조된 유연성 있는 복합 고체전해질 시트
- 복합 고체 전해질 시트의 상세구조 : LLZO 계면을 고분자로 제어
- 고분자가 없을 때의 LLZO : 밀착되지 않은 계면에서 이온전도가 일어나지 않음.
- 고분자가 있을 때(고분자 바인더)의 LLZO : 소량의 고분자를 도입했을 때 LLZO의 계면에서 이온전도를 도와 실질적으로 원할한 이온전도가 일어날 수 있음.

○ 양극복합화
- 양극활물질 + LLZO분말 + 고분자 바인더 + 도전재를 믹싱 = 양극슬러리
- Slurry Casting을 AI 집전체(알박)에 코팅 (진공건조)
- 이후 롤 프레싱 작업후 배터리 크기로 커팅함.

○ 복합 고체전해질 시트 제작
- LLZO분말과 고분자바인더를 혼합하여 고체전해질을 만든 후, 지지체 필름에 부착

○ 리튬메탈 음극

○ 전고체 전지 단위셀 구성
구리집전체 + 음극(리튬메탈) + 복합 고체전해질 시트 + 양극합재 + 알루미늄 집전체를 합침.

○ 전고체전지 단위셀 구성
- 복합양극 + 복합고체전해질시트 + 리튬(음극)
- 10단 적층(스태킹) 37V 단위셀 = 8Wh 바이폴라 전고체리튬이자전지 셀
- 단자 + 전고체 셀 + 바이폴라 기판
- 전지가 41V충전과 30V 방전을 반복
- 단전기 : 바이폴라/모노폴라
- 10Wh급 모노폴라
- 전고체 리튬이차전지 셀/스택 (2.7Ah, 평균방전전압 3.75V)
- 에너지 밀도 : 150Wh/kg, 500Wh/L

https://www.youtube.com/watch?v=1HLCgjemxgs
※ 테슬라 4680배터리 (1)

테슬라 사이버트럭의 첫번째 고객인도에 맞춰, 4680배터리에 대한 시장 관심이 높아지고 있는 상황입니다.

개인적으로 이전에는 원통형보다 파우치형이 배터리 폼팩터 시장을 지배할 것으로 봤었지만 파우치형이 대형화 되면서(롱셀) 파우치형 배터리의 단점도 함께 나타나고 있는 상황입니다.
예를 들면, 가운데 하중 집중으로 인한 셀의 변형, 최초 디개싱 이후 가스배출이 안되는 점, 전해액을 주입 후 전해액이 잘 스며들게 하기 위해 롤로 소재를 압착해야 하기 때문에 실리콘 음극재 적용 시 음극 팽창에 효과적으로 대처하기 어려움, 셀이 무거워지고 용량이 늘어남에 따라 안정성을 위해 파우치의 두께를 높여야 함. 등의 단점을 지니고 있습니다.

때문에 좀 더 높은 에너지밀도를 지닌 배터리를 만들기 위해서 4680 폼팩터에 대한 관심이 높아지고 있습니다.
이후 파우치 배터리도 기술 개발을 통해 이 문제를 해결할 수 있다고 보지만, 현재 단기적으로는 4680폼팩터에 대한 관심이 늘어나는 것은 분명한 사실입니다.

아직 4680이 양산기술이 완성되지 못했기 때문에 실제적인 양산은 2025년 정도를 예상하고 있지만, 4680에 대한 시장 관심은 상대적으로 높아질 것으로 보여집니다.

또한 4680에 대한 관심이 높아지면서 관련 소재에 대한 관심도 높아질 것으로 보여지는데, 그 대표적인 소재가 실리콘음극재, SWCNT와 특수리튬염인 LiFSI입니다. (단 2025년 4680배터리에 대한 상업적 양산이 가시화되어야 관련 매출로 이어질 수 있습니다.)

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● 테슬라 4680 배터리

테슬라는 4680 배터리의 생산능력을 221Gwh로 계획하고 있으며, 2023년 10월 텍사스 기가팩토리에서 누적 2000만개의 4680배터리 셀을 생산하였음.
테슬라 외에도 셀업체로는 LG에너지솔루션, 삼성SDI, 파나소닉, CATL, EVE 등이 4680배터리를 준비 중에 있으며, BMW, Nio 등이 완성차 업체가 4680배터리의 채택을 준비 중임.


● 4680배터리 셀과 연관 소재

4680셀은 여러 소재단 업체들에게 새로운 기회가 될 것임.
4680은 하이니켈을 채택하여 높은 에너지 밀도를 가지고 있으며, 다른 폼팩터(파우치, 각형)에 비해 열 안정성에서 장점을 가지고 있음.
보다 커진 실린더는 실리콘 기반 소재의 팽창률에 대한 내성을 더욱 향상시킬 수 있음.

실리콘-탄소 기반 음극과 하이니켈 조합은 4680 실린더 배터리의 에너지 밀도를 더욱 유리하게 만들 것임.

재료적 특성으로 볼 때, LiFSI는 기존 LiPF6보다 분해 온도가 높고 화학적 특성 및 열안정성이 더 좋아 4680 배터리에서 사용량이 증가할 것.

자료인용 : Eastmoney Securities 발간 “테슬라 4680배터리 보고서” (2023. 11. 29)
※ 테슬라 4680배터리 (2)

● 배터리 폼팩터 별 장단점


각 배터리 폼팩터는 각기 장단점을 지니고 있는데,
각형 배터리는 제조에 있어 효율성이 좋고, 안정성, 설계 유연성, 사이클 수명 및 충방전 배율 측면에서 우수하지만 전해액의 누액이 발생하기 쉬운 단점을 지니고 있음.
또한 고팽창에 대한 화학시스템(실리콘-탄소 음극)이 원통형 만큼 좋지는 않음.

원통형 배터리는 공정이 성숙하고 Packing 비용이 저렴하여 수율을 잡기가 용이하고 배터리 팩의 일관성이 좋음. 또한 배터리 팩의 방열 면적이 넓기 때문에 방열 성능이 우수함.
단점으로는 단일 셀 용량이 낮고, 셀의 숫자가 많아 BMS 관리가 어려움. (예, 모델 Y 한 대에 약 4,416개의 2170배터리가 필요) 또한 원통형 배터리는 원 모양의 절단면으로 인해 모듈의 공간 활용도가 낮아 모듈기준으로 부피당 에너지 밀도가 낮음.


● 4680 배터리는 기존 원통형 배터리 산업을 혁신할 것

기존 2170 및 1865 원통형 배터리 셀은 용량이 낮고 BMS 제어 난이도가 높으며, 4680은 이러한 기존 배터리의 단점을 보완해줄 수가 있음.

테슬라는 2020년 9월 베터리데이에서 직경 46mm, 높이 80mm의 4680 배터리 셀을 발표하였는데, 46mm는 배터리 크기는 많은 연구를 통해 알아낸 최적화된 직경임.
테슬라에 따르면, 4680배터리는 탭리스와 실리콘+탄소 음극 및 기타 신소재와 신기술을 적용하면서 에너지 밀도를 5배, 출력은 6배 증가시킬 수 있고(2170 셀 대비), 동시에 전기차의 지속성은 54%, 킬로와트시 당 배터리 가격은 56%, 생산비용은 69% 절감할 수 있다고 말하였음.

4680은 개별 셀의 용량증가로 에너지 밀도를 증가시키고 기존 배터리의 실린더 부피의 낮은 에너지 밀도의 단점을 완화시킬 수 있음.
부피와 에너지 밀도가 증가함에 따라 배터리의 개당 용량이 증가하고 필요한 배터리의 수가 감소하여 BMS제어의 어려움이 감소하여 배터리 팩의 고장확률을 크게 줄일 수 있음.
배터리 수가 감소하면 BMS에서 샘플링 된 칩의 수도 크게 감소하여 BMS의 하드웨어 비용도 절감됨.

4680 배터리는 양극재, 음극재, 팩키징 기술 및 배터리 구조에 있어 기존 원통형 배터리에 혁신을 가져올 것이며, 전체 산업 체인의 기술혁신도 주도할 것임.

자료인용 : Eastmoney Securities 발간 “테슬라 4680배터리 보고서” (2023. 11. 29)
※ FEOC와 전해액 : 2024년부터 중국 물량 대체시작

● (현재 가동 중 또는 2024년 가동예정인) 미국 주요 배터리 생산시설 및 전해액 납품밴더


LG에너지솔루션 미시건 공장 : 솔브레인홀딩스, Guotai(중국)
얼티엄셀즈 1공장 (오하이오) : 엔켐, Capchem(중국)
얼티엄셀즈 2공장 (테네시) / 2024년 상반기 가동예정 : 엔켐, 미쓰비시(일본)

SK온 조지아공장 : 엔켐, 솔브레인홀딩스

테슬라 프리몬트 : Tinci(중국)
테슬라 텍사스 : 엔켐, Tinci(중국)

파나소닉 네바다공장 : 미쓰비시(일본)
파나소닉 캔사스공장 : 미쓰비시(일본)


● 2024년부터 중국산 전해액 물량을 대체해야 함.

FEOC가 미국시간 12월 1일에 발표되었으며, 배터리 부품에 대해서는 2024년부터 핵심광물은 2025년부터 해외우려단체로 지정된 업체의 부품/소재/광물을 사용하면 IRA 보조금혜택을 받을 수가 없게 됩니다.

이에 미국에 먼저 진출해 있는 국내 전해액 업체들이 가장 큰 수혜를 볼 것으로 예상하고 있는데, 이는 2024년부터 중국산 전해액을 사용하기 어렵게 되기 때문입니다.

현재 미국에서 가동중인 배터리 공장 중, LG엔솔 미시건 공장(궈타이), 얼티엄셀즈 1공장(Capchem), 테슬라 프리몬토 (Tinci) 및 텍사스 (Tinci)공장이 중국 본토에서 생산된 중국업체들의 전해액을 사용해왔습니다.

기존 IRA법안에서는 매년 10%씩 비율을 높여가며(최종 100%), 북미에서 생산된 전해액을 사용해야 했으나, 이번 FEOC 발표로 인해 2024년부터 북미 배터리 공장들은 중국업체의 전해액을 사용할 수가 없게 되었고, 이들 물량은 현재 현지에서 전해액을 생산하고 있는 엔켐, 솔브레인홀딩스, 미쓰비시의 전해액으로 대체될 것으로 예상됩니다.

특히 가동률이 올라가고 있는 얼티엄셀즈 1공장(오하이오)의 Capchem 물량이 엔켐으로 대체될 것으로 보여지고, 테슬라의 프리몬트, 텍사스의 Tinci물량이 현지에서 전해액을 생산하는 업체 물량으로 대체될 것으로 보여집니다. (엔켐 유력)
또한 LG에너지솔루션 미시건 공장의 Guotai 물량도 솔브레인홀딩스 물량으로 대체될 가능성이 높습니다.

이번 FEOC로 인해 가장 빠르게 실질적인 수혜를 보는 소재는 북미에서 중국 업체들의 물량을 대체해야 하는 전해액이 될 것으로 보여집니다.
※ 11월 중국 전기차 수요변화 분석

신재생에너지 산업 생태계의 가장 상단에 위치해 있는 전기차의 판매는 소비자들의 실수요를 반영할 뿐 아니라 전기차 업체 및 배터리 산업체인의 생산과 원자재 구매 강도와 속도에도 영향을 주어 전체 산업체인의 수요와 공급 균형에 영향을 줌.

이 기사에서는 11월 주요 전기차 업체들의 판매량 자료와 장기 자료를 확보하고 있는 일부 전기차 업체들의 과거 데이터를 함께 분석하여 전기차의 수요 변화를 분석하고자 함.


● 11월 전기차 판매량 : 전월 대비 4.2% 증가

전기차의 전월대비 판매량은 단기 데이터로 현재 전기차 수요에 대한 직접적인 변화를 나타냄.
Mysteel이 모니터링한 13개 주요 전기차 업체들의 판매 데이터에 따르면, 2023년 11월 전기차 업체들의 총 판매량(도매기준)은 69.2만대로 전월대비 4.2% 증가하였음.

업체별로는 BYD가 301,903대로 가장 많은 판매량을 기록하였으나, 증가폭은 전월대비 0.02%증가에 그쳤고, Wuling Motors와 AITO의 11월 판매량이 각각 59,372대와 18,827대로 전월대비 66%, 48.2% 증가하였음.
특히 AITO 신규 전기차모델이 화웨이와 관련이 있기 때문에 판매량도 빠르게 증가하였음.


● 11월 전기차 판매량 : 전년동월대비 39.1% 증가

전년동월대비 판매량은 올해와 전년도를 비교할 수 있는 장기 데이터이며, 주로 계절 변동의 영향을 제거하여 해당 기간의 성장속도를 보다 직관적으로 나타내 줌.
Mysteel이 장기간 모니터링하고 있는 11개 전기차업체들의 판매 데이터에 따르면, 2023년 이들 전기차 업체들의 총 판매량은 65.7만대로 전년동월대비 39.1% 증가하였음.

전기차 브랜드 별로 세분화하면, 주요 전기차 브랜드들 대부분이 전년동월대비 좋은 성장률을 기록하였는데, BYD는 전년동월대비 31.3%, Geely는 87.7%, Changan은 57.2% 증가하였음.
Li Auto, 샤오펑과 Leap Motor는 각각 172.9%, 255.9%, 130% 증가하였음.

2022년부터 23년까지 중국 전기차 브랜드의 판매량 변화를 보면, 대부분의 전기차 브랜드 판매량이 2023년 크게 증가하였으며, BYD를 제외하고 가장 빠르게 판매량이 증가하고 있는 업체는 Geely 자동차임.


● 결론

BYD와 같은 일부 주요 전기차 업체의 11월 판매량이 소폭 증가에 그쳤지만, 2022년 같은 기간과 비교해볼 때 모두 큰 폭의 증가세를 보여주었음.
연간으로 볼 때 중국 전기차시장 안정적인 성장을 유지하고 있음.

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1784236248462223427
※ 중국 2차전지 소재가격 약세 원인

중국 탄산리튬가격이 계속해서 약세를 보여주고 있는 가운데 이에 대한 해석이 갈리고 있습니다.

중국 전기차 판매량이 안정적으로 증가함에도 불구하고 탄산리튬 가격이 약세를 보이는 다양한 이유를 정리해보면,

1) 중국 배터리업체들의 재고가 여전히 높은 상황에서 원자재 구매보다는 자체 재고를 소진하면 제품을 생산하고 있음.
2024년 1분기 전기차 비수기를 앞두고 있어 적극적인 원자재 구매 의사가 없음.

2) 저가의 아프리카산 리튬광석이 지속적으로 유입되면서 공급물량이 줄어들고 있지 않음.
2023년 하반기부터 생산원가가 저렴한(톤당 8-10만위안 이하) 리튬 광석들의 수입량이 증가하면서 리튬가격 상승을 억제하고 있음.

3) 2023년 하반기 글로벌 완성차 업체들의 향후 투자 스케줄 지연 및 일부업체들의 전기차 판매 성장률 둔화로 인한 비우호적인 전기차시장 전망

4) FEOC로 인한 중국업체들의 북미시장진출 제한 우려가 선반영
FEOC가 중국업체들에게 비우호적으로 작용하기 때문에, 현재 글로벌 2차전지 소재시장에게 가장 큰 영향력을 끼치는 중국의 관련 소재시장이 좋지 못한 영향을 받고 있음.

개인적으로 최근 중국 소재시장의 가격 약세는 4번 FOEC의 영향도 상당부분 있다고 보고 있습니다. FEOC가 중국 2차전지 소재에 좋지 않은 뉴스이기 때문에 현재 글로벌 소재시장에 중국의 비중을 감안하였을 시, 2차전지 소재 가격의 약세는 당분간 지속될 수 있을 것으로 보여집니다.
이는 반대로 중국과 경쟁관계에 있는 국내외 업체들에게는 중장기적으로 긍정적이라고 할 수 있습니다.

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※ 중국 주요 2차전지소재 주간 시장 동향 (2023. 11. 27 – 2023. 12. 01)

● 리튬광석

리튬광산들의 시장에 대한 견해는 여전히 비관적이며, 리튬광석 가격은 계속해서 약세를 보이고 있음.
지속적인 가격 약세로 인해 리튬광산 업체들의 시장에 대한 뷰가 좋지 않으며 출하에 대한 의지가 감소하였음.

리튬광석 가격에 시장의 전망이 여전히 좋지 않은 상황에서 단기적으로 리튬광석의 가격은 약하게 유지될 것으로 전망됨.


● 리튬염

수요단의 수요가 계속해서 약세를 보여주고 있는 가운데, 탄산리튬 가격 또한 약세를 보여주고 있음.
탄산리튬 가격이 약세를 나타냄에 따라 일부 리튬염 공장들은 당분간 외부 견적을 내고 있지 않는 상황이며, 시장의 탄산리튬 벌크견적이 2401(선물, 2024년 1월물)가격으로 형성되고 있음.

시장은 공급과잉에 대해 우려하고 있는 가운데, 수요단에서의 주문이 많지 않음.
현물가격이 선물가격에 영향을 받으면서 수요단에서의 구매주문 물량이 더 줄어든 상황으로 단기적으로 리튬염 가격이 약세를 보일 것으로 보여짐.


● 3원계 전구체 및 양극재

삼원계 전구체 수요는 개선의 기미가 보이지 않으며, 시장수요가 계속 감소하고 있음.

배터리 업체들의 주문량이 줄어들고 있는 가운데, 수요단에서 재고를 줄이고 있음.
3원계 양극재에 대한 수요가 계속 감소하고 있는 가운데, 시장정서 또한 좋지 못함.


● 리튬인산철

리튬인산철 가격이 소폭 하락한 가운데, 메인 시장에서의 거래가격은 안정적으로 유지되고 있음.
전반적인 수급이 균형을 맞추고 있는 상황에서 재고 확충 의지가 강하지 않고, 시장에서의 대량주문도 많지 않은 상황임.

탄산리튬 가격 하락에 따라 업체들은 시장을 관망하고 있음.
배터리 셀업체들의 재고가 비교적 많은 상황에서 다운스트림 업체들은 적극적인 원자재 구매보다는 자체 재고를 주로 소모하고 있음.


https://baijiahao.baidu.com/s?id=1784070978818153884
※ 중국의 아프리카산 리튬광석 수입 증가

2023년 하반기부터 생산원가가 낮은 아프리카산 리튬광석의 중국 수입규모가 증가하고 있으며 이는 중국 내 탄산리튬가격을 하락시키는 또 다른 요인으로 작용하고 있습니다.

아프리카산 리튬광석을 사용하여 만든 탄산리튬의 생산원가(8 - 10만위안/톤 전후)는 호주(20-25만위안/톤 전후)나 중국산(12 - 15만위안/톤) 비해 크게 낮아 아프리카산 리튬광석의 수입량이 증가할 수록 중국 탄산리튬 시장에도 영향을 주고 있습니다.

2023년 이전까지 중국으로 수입되는 아프리카산 리튬광석의 수량은 거의 존재하지 않았지만, 2021년 이후 리튬가격이 큰 폭으로 상승하면서 아프리카에서의 리튬광석 채굴도 증가하기 시작하여 2023년 하반기부터 수입물량이 의미 있게 증가하기 시작하고 있습니다.

2023년 이후 글로벌 리튬시장에서 아프리카산의 증가비중이 2022년 0%에서 2025년 15%까지 차지할 것으로 예상되고 있습니다.

더욱이 이전 코발트 채굴이 그러했듯, 아프리카에서의 리튬채굴은 매우 열악한 환경에서 값싸게 생산이 되는 부분이 많고 이를 중간 중국 중개상들이 매입하여 중국으로 수출하는 수량이 적지 않은 비중을 차지하고 있습니다.
열악한 환경에서 채굴되는 대부분의 광물은 중국 중개상을 통해 중국으로 수입되고 있습니다.

아래의 링크를 참고하면 이들 광물 채굴이 얼마나 열악한 환경에서 이뤄지고 있는지를 참고해 볼 수 있습니다.

https://mlbpark.donga.com/mp/b.php?p=1&b=bullpen&id=202312020087837318&select=&query=&subselect=&subquery=&user=&site=donga.com&reply=&source=&pos=&sig=hgjcGg21gh6RKfX2h3aXGg-Yihlq
지난 탄산리튬 가격 폭등 시기에 수많은 중국 업체들이 관련시장에 뛰어들었으며, 이는 현재의 공급과잉을 유발하였음.

탄산리튬가격이 톤당 10만위안 아래로 하락하면 중국 리튬염 기업(상장기업 기준)의 약 60%가 손실을 입게 되며, 이 경우 높은 수준의 생산량 감소가 발생할 수도 있음.

2024년말 또는 2025년부터 글로벌 탄산리튬의 수요와 공급은 균형점을 찾아갈 것으로 전망.

남미 염호의 생산원가는 약 4 - 5만위안/톤으로 추정


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● 리튬가격의 마지노선인 톤당 10만위안

2023년들어 탄산리튬 가격은 계속해서 하락하고 있으며, 여전히 바닥이 보이지 않는 상황임.
11월 30일 상하이 철강연맹이 발표한 11월 30일자 데이터에 따르면, 배터리급 탄산리튬의 평균가격은 132,500위안/톤이었음.
같은 날 탄산리튬 선물가격은 101,500위안/톤을 기록하여 상장 이후 가장 낮은 가격을 보여주었음.

탄산리튬 가격이 낮음에도 불구하고 계속해서 하락하고 있는 이유에 대해 업계는, 11월 탄산리튬 생산량이 전월 대비 증가한 가운데 수요가 약해지면서 다운스트림의 최종 수요처(전기차)의 최종 생산량이 하향 조정되었기 때문이라고 보고 있음.
Pingan선물연구소(平安期货研究)에 따르면, 이전 보수 등의 이유로 생산을 중지했던 리튬염 업체들이 11월초부터 정상 생산을 재개해 중국 내 탄산리튬 공급량이 다소 늘어날 것으로 예상되며, 개별 염호 기업들의 출하 가능성도 여전한 상황임.
수요처인 소재업체들은 여전히 탄산리튬을 구매할 의향이 없는 가운데, 최근에는 주로 장기계약 형태로 주문이 이뤄지고 있어, 현물시장에서의 거래도 부진한 상황임. 이러한 현물시장의 부진이 선물 가격의 지속적인 하락을 촉진하고 있음.

지난 탄산리튬가격 폭등으로 인해 많은 기업들이 탄산리튬 시장에 뛰어들었고 이는 심각한 공급 과잉을 만들었음.
업계 관계자들에 따르면 2024년 글로벌적으로 약 25만톤(LCE기준)의 리튬 공급과잉이 있을 것으로 예상하고 있음.
그러나 탄산리튬 가격이 계속 하락함에 따라 일부 선두권 업체들 또한 손실을 볼 수 있게 됨에 따라 생산량을 조절할 것으로 보여, 2024년 말 또는 2025년부터는 공급과 수요의 균형점을 찾아갈 것으로 전망하고 있음.

현재 수요 증가율이 공급량 증가율에 미치지 못하고 있어 시장 전망이 좋지 못하며, 여러 기관에서는 탄산리튬 선물가격의 저점이 톤당 8-10만위안까지 하락해야 이후 탄산리튬 가격의 반등이 나타날 것으로 예상하고 있음.

업계는 탄산리튬가격이 톤당 10만위안 아래로 떨어지면 리튬염 상장기업의 약 60%가 손실을 입게 되기 때문에 지난 4월과 9월 같은 높은 수준의 생산량 감소가 발생할 수 있다고 보고 있음.

Yahua(雅化集团), Tianqi(天齐锂业), Zangge(藏格矿业)、Tibet Summit(西藏珠峰)、Qinghai Salt Lake Potash(盐湖股份)、Yongxing(永兴材料)、Sinomine Resource(中矿资源)、sichuan Chemical(川能动力)、Inner Mongolia Lantai Ludustrial(中盐化工)、Great Power(鹏辉能源)、EVE Energy(亿纬锂能)、Sacred Sun Power(圣阳股份) 등 12개 중국 리튬관련 상장사들을 상대로 10만위안 아래로 탄산리튬 가격이 하락하였을 때 스트레스 테스트를 진행하였는데,

Qinghai Salt Lake Potash, Zangge, Yongxing, Tianqi 등의 업체는 10만위안 이하로 탄산리튬 가격이 하락해도 여전히 이익을 낼 수 있을 것으로 보임.

Ganfeng Lithium, Yahua 그룹, Chengxin Lithium(盛新锂能)과 같이 중국 외 지역에서 리튬 채굴을 하는 업체들의 경우는 이익률 악화가 나타날 것으로 보임. 호주산 리튬광석을 채굴하는 경우 가격하락으로 이익을 내기 어려움.

업계 관계자들의 분석에 따르면, 프로젝트마다 생산원가가 다르지만, 남미 염호의 경우 톤당 4 - 5만위안으로 탄산리튬 가격이 톤당 6만위안까지 하락하면 남미 염호 프로젝트도 계속 유지될 수가 없음.


https://finance.eastmoney.com/a/202312022921703486.html
※ 11월 중국 전기차 판매량

중국 승합회(CPCA)에 따르면, 11월 중국 전기차 판매량(도매기준) 94만대로 전년동월대비 29%, 전월대비 6% 증가하였음.
2023년 1월부터 11월까지의 누적 판매량(도매)은 774만대로 전년동기대비 35% 증가하였음.

乘联会综合预估11月新能源乘用车厂商批发销量94万辆,同比增长29%,环比增长6%。今年1-11月测算的累计批发774万辆,同比增长35%。

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1784340552813123668&wfr=spider&for=pc
시장에서 전기차 시장 성장에 대한 우려가 존재하고 있지만, 중국을 비롯한 핵심국가들의 전기차 시장 성장을 매우 빠르게 진행되고 있습니다.

현재 글로벌 전기차 시장을 이끌고 있는 중국은 2025년 전기차 침투율 50%달성이 유력하다고 보고 있으며 이는 기존 목표였던 2035년 50%달성보다 10년이나 빠른 속도입니다.

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※ 중국 전기차 침투율 50% 초과 목표 10년 앞당겨 달성

2023년 제 18회 중국자동차산업포럼에서 전국인민정치협상회의 상무위원이자 경제위원회 부주임인 먀오웨이 전 공업정보부 부장은 중국 자동차 시장의 구조가 빠르게 변화하고 있으며, 자율주행과 스마트네트워킹의 발전이 이러한 중국 자동차 산업의 성공적 전환의 징표가 될 것이라고 말하였음.

먀오웨이 부주임은 2017년 중국의 전기차 판매량이 77.7만대에 불과하였으나 2022년 688.7만대로 증가하였고, 전기차 침투율은 2022년 28.2%를 달성하여 14차 5개년 계획의 목표였던 2025년 20%이상 달성을 3년 앞당겨 달성하였음.
전기차는 이제 내연차를 넘어 자동차 시장의 대세가 되었으며, 2035년 전기차 침투율 50%의 목표가 10년 앞당겨진 2025년, 늦어도 2026년에 조기 달성될 가능성이 높다고 말하였음.

http://auto.youth.cn/xw/202312/t20231205_14945310.htm
※ 테슬라 4680배터리 (3)

● 4680 탭리스 기술 : 저항감소, 배터리 성능 및 안정성 고려

탭은 리튬 이온 배터리에서 양극과 음극의 접촉점으로 충방전을 유도하는 기능을 가짐.
양극 탭은 알루미늄을 사용하고, 음극 탭은 니켈 또는 구리 니켈도금을 사용.
탭은 극판의 절단된 두 부분으로 구성됨. 알루미늄 호일(양극) 구리호일(음극)

실린더의 크기가 배터리에 직접적으로 미치는 영향은 방열 문제임.
4680배터리는 전자가 배터리 내부 이동과정에서 전체 코어를 가로질러 극의 접지면(탭)으로 이동해야 하기 때문 배터리 크기가 증가하면 전자가 이동하는 경로도 길어지고 이에 따라 저항도 증가함.
고전류 충전 조건에서 극판은 많은 양의 열을 발생시켜 셀 내부의 불균형을 초래하고 배터리 내부의 유기물 분해를 가속화하여 배터리 수명을 단축시키는 동시에 안정성에 문제가 발생할 수 있음.
테슬라의 4680배터리는 크기가 증가함에 따라 배터리의 급속 충전 시간이 증가할 것이라고 하였음.

테슬라의 4680 탭리스 기술은, 전극 단자에 도전재를 도금함으로써 양극과 음극 집전체를 Cap Plate 및 실린더 하우징에 직접 연결하여 전극 집전체, 캡 플레이트, 하우징 사이로 직접 전류를 전달하여 전자의 이동경로를 크게 줄일 수 있음.

탭리스 기술을 접목한 4680 배터리는, 활물질 슬러리화 → 코팅 → 케이스에 전극판 삽입 → 집전판 용접 → 캡핑 → 주변용접 및 헬륨검사의 순으로 만들어지는데 이 중 핵심 단계는 집전판 용접임.
기존 원통형 배터리는 전극을 스팟 용접하는데 반해, 4680 배터리는 전극을 직접용접하여 용접공정이 까다롭고 용접량이 많아져 레이저 강도와 초점 거리를 매우 정밀하게 제어해야 하며, 이는 배터리 수율을 결정하는 핵심 단계임.

자료인용 : Eastmoney Securities 발간 “테슬라 4680배터리 보고서” (2023. 11. 29)