차세대 배터리로 전고체, 리튬황, 나트륨(ESS용), 심지어 바나듐배터리까지 언급되어지고 있지만, 개인적으로 기존 양극재를 사용하면서 음극을 리튬메탈을 이용한 리튬메탈 배터리가 하이엔드 시장(고에너지밀도 배터리가 필요한 시장)에서 두각을 나타낼 것으로 보고 있습니다.

2025년이후부터 실질적인 사용화(드론 등)가 가능할 것으로 보여 다른 차세대 배터리 대비 진행속도가 빠르며, 리튬음극재 특유의 높은 에너지 밀도로 인해 향후 전고체 배터리의 강력한 경쟁자가 될 것으로 보여집니다.
(최종적으로 전고체 + 리튬메탈이지만, 기존양극재 + 리튬메탈이 전고체와 우선 경쟁할 듯 보여집니다.)

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● 리튬메탈의 장점

리튬메탈은 음극으로 사용가능한 후보물질 중 에너지밀도가 가장 높음.
동일한 양극재를 사용한다고 가정 할 때, 흑연을 음극재로 사용한 배터리의 에너지밀도는 150 – 200wh/kg 이지만, 리튬메탈을 음극재로 사용했을 경우 에너지밀도를 400 – 600wh/kg까지 늘릴 수 있음.
전기차를 기준으로 하면, 1회 충전에 약 800km이상 주행이 가능함.

리튬메탈을 음극재로 사용하면, 음극재의 부피를 줄일 수 있어 양극재의 공간을 더 늘릴 수가 있어 추가적인 에너지밀도 향상에 유리함. (부피당 에너지밀도 개선효과)

● 리튬메탈의 단점 및 극복

덴드라이트 현상으로 인해 안정성에 문제가 있음.

덴드라이트 현상을 방지하기 위해 전해질을 고체로 만드는 방법이나 음극 표면에 보호막을 만들어주는 등 다양한 방법이 강구되고 있음.

리튬메탈을 음극재로 사용하는 차세대 배터리로는 리튬메탈(+기존양극재), 리튬황, 리튬에어 등 여러가지가 있음.


● 리튬메탈의 생산방식

리튬메탈 음극재의 핵심원료는 염화리튬(LiCI), 탄산리튬(Li2CO3)이며 이를 전기분해 또는 열환원 공정을 거쳐 잉곳을 생산하게 됨.
잉곳을 압연공정을 통해 박막형태의 리튬메탈로 가공.

리튬메탈의 핵심원료인 염화리튬은 탄산리튬을 변환하여 사용할 수도 있지만, 염수에서 증발/농축 – 정제 – 결정화 등을 거쳐 바로 생산할 수도 있음.


● 포스코의 리튬메탈 기술 현황

포스코는 순도가 높은 염호(아르헨티나 옴브레 무에르토)를 가지고 있으며, 최고 수준의 리튬 정제기술을 보유하고 있음.

리튬메탈 음극재에 있어 초극박화 공정이 중요함.
현재의 리튬메탈 기술은 압출방식을 사용하고 있기 때문에 전기차 등 2차전지용 배터리 스펙을 만족시키기에 적합하지 않았음.

전기차에 사용되는 리튬메탈은 두께가 20마이크로미터 이하여야 함.
또한 경제성을 확보하기 위해서는 폭도 600밀리미터 이상으로 만들 수 있어야 함.

기존 리튬메탈은 두껍고 폭이 좁은 단점을 가지고 있고, 이를 개선하기 위해 다양한 시도를 진행하고 있음.
포스코는 오랜 강판제조를 통해 고도의 압연, 도금기술을 보유하고 있으며, 이를 롤투롤(Roll – to -Roll)공법이라고 함.
포스코는 롤투롤 공법을 활용해 극박광폭 리튬메탈 음극재를 양산할 계획임.

포스코는 리튬메탈의 순도 높은 원재료 및 생산을 위한 핵심 공정기술도 보유하고 있음.


리튬메탈음극재는 전기차에 활용되기까지는 아직 시간이 걸릴 것으로 보이지만, 드론과 같은 다른 어플리케이션에서는 2025년 이후 사용량이 증가할 전망.

일부 기관들의 전망에서 리튬메탈음극재의 수요는 2030년 9만톤에서 2035년 약 90만톤으로 확대될 것으로 전망하고 있음.
2035년 전체 음극재 시장의 약 20%를 리튬메탈 음극재가 차지할 것으로 예상.

https://www.youtube.com/watch?v=6QHJPWZYcnI&t=10s

기아차가 이번 CES 2024에서 전시한 PVB(목적기반차량)는 향후 전기차의 미래를 예측할 수 있는 좋은 예시로 보여집니다.

전기차와 공간활용에 대해서는 여러 번 언급을 하였고, 유투브를 통해 직접 눈으로 PVB를 보면 이러한 컨셉을 좀 더 직관적으로 이해할 수 있을 것으로 보여집니다.

전기차의 변화는 먼 미래의 일이 아니며, 당장 2025년 이후부터 다양한 업체 들에서 PVB들이 시장에 출시될 것으로 보이며, 이는 자동차가 운송수단에서 공간활용의 수단으로 바뀌면서 인류의 라이프 스타일을 크게 바꿀 수 있을 것으로 보여집니다.

만약 기아차가 아닌 테슬라가 PVB를 발표했다고 하면 시장에 미치는 여파가 매우 컸을 것이나, PVB는 자율주행과 함께 전기차의 미래라고 생각합니다.

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기아 PBV는 목적에 맞는 차량을 제공하는 것임.
사용자의 필요에 따라, 운반차, 택시(로보택시), 사무공간, 휴식공간 등 다양한 편의성을 제공.

목적에 맞게 차량의 내부를 다양하게 바꿀 수 있음.

기아 PBV는 제조시 모듈화 하여 자동차의 크기, 차고 및 공간을 사용자의 니즈에 맞게 조절할 수 있게 함. (스마트 팩토리와 연계)

● PVB의 특징과 활용

○ 레일 시스템
손의 위치와 루프쪽 위치에 레일 시스템을 적용하여 레일에 전류가 흐를 수 있게 하여 각종 전자기기를 사용할 수 있게 만들어줄 수 있음. (레일 자체가 전기를 공급)

○ 사무실/휴식 공간
차량이 각 모드(오피스 모드, 휴식 모드 등)에 따라 데스크공간을 만들거나 스티어링 휠을 세워 조명으로 사용할 수 있음.

○ 물류 (로지스틱 특화 차량)
하이루프(180cm)를 채택하여 넓은 적재공간을 확보하여 짐을 많이 넣을 수 있게 만듦.
또한 사용자가 허리를 굽히지 않고도 화물을 이동시키기 편하게 만들었음.
장기적으로는 운전자가 없는 완전 자율주행 물류배송 전기차를 구현하고자 함.
피봇턴이 가능하여 좁은 공간에서도 전기차가 자유롭게 움직일 수 있게 함.
물류용 전기차는 물류의 FMS까지 고려하여 개발하였음.

○ 상업공간 (가게)
프레임이나 캐비닛 시스템을 적용하여 차량에서 다양한 물건들을 팔 수 있는 공간으로 만듦.
식당, 카페, 아웃도어, 야외 팝업 스토어 등 다양한 상업공간으로 활용할 수 있음.

차량을 모듈화하여 미니밴, 픽업트럭, 캠핑카 등 다양한 목적으로 사용자 스스로가 차량을 개조할 수 있게 함.

https://www.youtube.com/watch?v=jKv-IUaltOI

※ 중국 배터리 재고현황

중국 2차전지 소재가격이 전기차판매량 증가에도 불구하고 계속해서 약세를 보여주고 있는 가장 큰 이유는 중국 배터리업체들의 과잉생산과 이로 인한 배터리 재고가 높기 때문입니다.

중국 제조산업은 전통적으로 내수시장을 바탕으로 빠르게 성장하면서 과잉 Capa를 구축하고 이를 통해 해외로 진출하는 전략을 수립해 왔습니다.
배터리도 이와 마찬가지로 2020년이후 빠르게 성장하는 중국시장을 바탕으로 배터리 업체들이 해외시장까지 고려하며 대규모 Capa를 구축하였습니다.

그러나 미국의 IRA와 유럽의 CRMA등 서구권의 중국 견제가 본격화 되면서 과잉 생산된 배터리들이 수출을 통해 소진되지 못하고 재고로 축적되면서 전체 2차전지 소재가격을 하락 시키는 요인으로 작용하였습니다.

2023년 중순까지 크게 늘어나던 중국 배터리 재고는 2023년 하반기 들어 월간 재고 증가율이 다소 줄어드는 모습을 보여주고 있으나 여전히 절대 재고량이 높은 상태로, 중국 배터리 재고의 감소가 2차전지 소재가격 상승의 중요한 열쇠가 될 것으로 보여집니다.

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중국의 배터리 생산능력이 크게 증가하면서 2021년부터 2022년까지 전기차용 배터리 재고가 증가하였고, 2023년에는 재고가 역대 최고 수준에 도달하였음.

2020년부터 2022년까지 전기차용 배터리 재고는 각각 17.52Gwh, 33.73Gwh, 80.38Gwh로 YoY로 각각 79.97%, 92.57%, 138.28% 증가하였음.
2023년 1월부터 11월까지 전기차용 배터리 누적 재고는 144.6Gwh로 2022년 전체 재고 수준을 웃돌고 있음.

자료인용 : China Dragon Securities 발간 “2024년 배터리산업 보고서” (2024. 01. 10)

※ 중국 분리막 생산량

분리막은 타소재 대비 상대적으로 Capa와 공급량의 증가가 느림.
2022년 중국의 분리막 생산량은 전년대비 52.42% 증가한 112.82억 평방미터였으며, 2023년 11월까지의 생산량은 159.82억 평방미터였음.

분리막은 기술적 장벽이 높고 신규진입업체에 대한 허들이 비교적 높아 경쟁이 치열하지 않으며, 중국기업들의 해외진출이 활발한 상황임.
창신신소재(Semcorp), Senior 등 중국 주요 분리막 업체들의 전체 매출 중 해외매출 비중이 타소재 대비 높음.

○ 전체 매출중 해외매출 비중
창신신소재 : 2021년 11.34%, 2022년 10.58%, 2023년 상반기 18.08%
Senior : 2021년 21.26%, 2022년 18.88%, 2023년 상반기 14.33%


자료인용 : China Dragon Securities 발간 “2024년 배터리산업 보고서” (2024. 01. 10)

※ 중국 전해액 시장 및 가동률

중국 전해액 시장 가격은 2023년 크게 하락하여 2022년 고점 대비 60% 가까이 하락하였음.

전해액은 Capa 확대가 상대적으로 쉽고, 대규모 자본이 필요하지 않기 때문에 중국 업체들의 Capa확대가 빠르게 진행되었음.
2023년 중국 전해액 업체들의 가동률은 40 – 60%수준으로 낮은 수준이며, 2023년 11월 기준 가동률은 55.37%임.

자료인용 : China Dragon Securities 발간 “2024년 배터리산업 보고서” (2024. 01. 10)