※ 중국 4월 전기차 판매량 예상치 상회 전망

중국의 2024년 4월 전기차 판매량과 생산량은 3월대비 증가할 것으로 예상되어 전기차 시장의 호황이 지속될 전망.

중국의 전기차 시장 회복세가 현저하며, 4월 전기차 판매량이 시장의 예상을 뛰어넘을 가능성이 있음.

중국 자동차협회에 따르면, 지난 3월 중국 전기차의 생산과 판매량은 각각 86.3만대와 88.3만대로 전년동기대비 28%, 35% 증가하였고, 전월대비로는 86%와 85% 증가하였음.
1월부터 3월까지의 누적 전기차 생산량과 판매량은 각각 211.5만대와 209만대로 전년동기대비 28.2%, 31.8% 증가하였음.

지난 주 탄산리튬가격은 소폭 인상되었으며, 중장기적으로는 공급과잉의 우려가 있으나 단기적으로는 수요 호조로 가격이 상승할 것으로 예상됨.
현재 리튬배터리 산업체인은 재고가 낮은 상황이며 업체들의 실적기대감도 상승하고 있음.

자료인용 : Huaan Securities 발간 “전력설비 주간보고서” (2024. 04. 14)

※ 아프리카 짐바브웨 리튬산업의 변화

최근 수년간 중국은 아프리카에서 리튬광산 개발을 진행하였으며, 2023년 하반기부터 아프리카에서 생산된 리튬이 중국으로 수입되어져 왔습니다.

상대적으로 저렴한 아프리카산 리튬의 유입은 2023년 하반기 이후 리튬공급 과잉의 한 요인으로 작용되어져 왔었으며, 계속적으로 아프리카산 리튬의 유입은 늘어갈 것으로 예측됩니다.
중국으로 수입되는 아프리카산 리튬의 평균 생산원가는 약 8만위안/톤으로 알려져 있습니다.

아프리카산 리튬이 상대적으로 저렴했던 이유는 아프리카의 낮은 인건비와 낮은 환경관련 비용 때문이었습니다.

그러나 리튬자원에 대한 아프리카 국가들의 관심이 높아지면서 아프리카 리튬산업도 변화될 조짐을 보여지고 있는데,
아프리카 최대 리튬 생산국가인 짐바브웨는 향후 리튬광석(raw lithium ore)의 수출을 제한하고 자국에서 리튬염으로 가공 후 수출하는 정책을 추진중에 있으며, 또한 다양한 환경보호 정책도 추진할 예정입니다.

즉, 리튬의 부가가치를 높여 수출할 예정으로, 이럴 경우 중국이 저렴한 가격으로 수입했던 리튬의 가격도 높아질 것으로 보여집니다.

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짐바브웨의 Carbative Mining Company는 1,300명을 고용하고 있으며, 1년 전 채굴을 시작한 이래약 5만톤의 리튬정광을 수출하였음.
해당 광산은 해외투자자들(중국)에 의해 약 1억달러가 투자되었음.

또 다른 짐바브웨의 리튬광산인 Kamativi Mining company는 1.5억달러가 투자되어 개발 중에 있음.

짐바브웨는 리튬광산 개발을 통해 국가발전을 도모하고 있으며, 앞으로는 리튬광석의 수출을 제한하고 짐바브웨에서 직접 가공을 한 리튬(리튬염)을 해외로 수출하고자 하고 있음.

또한 환경규제도 강화할 예정인데, 짐바브웨의 리튬광산들은 지금까지 오픈 된 트럭에 리튬광석을 싣고 운반하는 등 환경관련 된 규제가 전혀 없었음.

짐바브웨 정부에 따르면, 리튬가공 산업은 120억달러 가치의 산업으로 성장할 것임.

https://www.voanews.com/a/zimbabwe-seeking-to-profit-through-lithium-processing/7570985.html?utm_medium=affiliate&utm_campaign=VOA-player7570985&utm_source=twitter.com%2F&utm_content=player

● 현재 생산중인 미국 배터리공장 및 전해액 납품사

1) LG에너지솔루션 & 합작사
- LG에너지솔루션 공장 미시간 (단독) : 솔브레인홀딩스
- 얼티엄셀즈 1공장 오하이오 (GM-LG에너지솔루션 JV) : 엔켐, Capchem(재고물량 소진후 엔켐으로 대체)
- 얼티엄셀즈 2공장 테네시 (GM-LG에너지솔루션 JV) : 엔켐

2) SK온
- SK온 조지아 공장 : 솔브레인홀딩스, 엔켐

3) 테슬라
- 테슬라 캘리포니아 기가팩토리 : Tinci, 미쓰비시-우베(MUIS)
- 테슬라 텍사스 기가팩토리 : 엔켐, Tinci

4) 파나소닉
- 네바다 기가팩토리 : 미쓰비스-우베(MUIS), 엔켐

현재 북미에서 의미 있는 물량의 배터리를 생산하고 공장은 LG엔솔 자체공장(미시간), 얼티엄셀즈 1,2공장(GM-LG엔솔 JV), SK온 조지아공장, 테슬라 기가팩토리(캘리포니아, 텍사스), 파나소닉 네바다 공장입니다.

이들 공장에 전해액을 납품하고 있는 업체는 엔켐(5곳), 솔브레인홀딩스(2곳)과 일본의 MUIS(2곳), 중국의 Tinci(2곳), Capchem(1곳, 재고소진 후 향후 엔켐 물량으로 전량 대체)입니다.

엔켐의 경우, 기사에서 나와 있는 것과 같이 2024년에 테슬라(텍사스), 파나소닉(네바다)에 신규 진입에 성공한 것으로 보여집니다.

https://n.news.naver.com/mnews/article/014/0005171741?sid=101

※ 전기차용 배터리 양극재별 비교

배터리는 양극재가격이 아닌 최종 팩가격으로 비교하는 것이 맞지만, 양극재 소재별 가격비교도 의미가 있다고 봅니다.

LFP배터리의 가격적 메리트에 대해서 시장은 매우 높게 평가를 하고 있지만, 양극재 소재가격만을 비교해 본다면 LFP 대비 하이니켈 양극재의 가격경쟁력이 크게 차이가 나지는 않습니다.

LFP대비 NCM 6X(니켈함량 60%)의 가격차이는 약 31%정도이며, NCM 9X(니켈함량 90%)는 12%정도의 차이가 날 뿐입니다.
오히려 긴 주행거리, 높은출력, 고C-rate에서의 안정성, 충방전속도 등을 고려한다면 하이니켈 양극재의 가격대비 성능이 더 높다고 생각합니다.

특히 46파이 하이니켈 배터리가 본격 양산된다면, 배터리 제조단가, 안정성, 양산성이 높아지면서 하이니켈 배터리의 활용도도 높아질 수 있을 것으로 예상됩니다.

※ 나트륨배터리 및 반고체 나트륨배터리

나트륨배터리가 상업화 단계에 진입하였으며, 반고체 나트륨배터리에 대한 개발도 진행되고 있음.

CATL은 2023년 4월 체리 QQ아이스크림과 iCAR모델용 나트륨배터리를 출시하였다고 발표하였으며, 2024년 1월 BYD는 나트륨배터리 프로젝트를 공식적으로 시작하였다고 발표하였음.
BYD의 나트륨배터리 프로젝트의 총 투자금액은 100억위안(약 1.9조원)이고 연간 생산능력은 30Gwh임.

현재 나트륨배터리의 개발을 제한하고 있는 것은 낮은 에너지밀도(90 – 160Wh/kg)이며, 각 업체들은 이를 극복하기 위해 반고체 나트륨배터리 개발을 진행하고 있음.
CATL의 쩡위췬 회장에 따르면, 반고체 나트륨배터리가 아직 개발초기 단계에 있지만, 2026 - 2027년에는 개발되어 양산화 될 수 있다고 밝혔음.

반고체 나트륨배터리의 에너지밀도는 130 – 180Wh/kg로 현재 리튬인산철배터리와 유사한 수준까지 올라올 수 있으며, 리튬인산철배터리와 비교하여 유사한 에너지밀도, 낮은 생산비용, 높은 안전성의 특성을 가지고 있다고 CATL은 밝혔음.

자료인용 : Pingan Securities 발간 “배터리 산업 주간보고서” (2024. 04. 16)

※ 드론(무인항공기)용 배터리의 요구사항

무인항공기용 배터리는 고출력과 높은에너지밀도, 안전성에서 다른 배터리 대비 요구사항이 높음.

1) 에너지밀도 : 무인항공기용 배터리의 에너지밀도는 3원계배터리의 에너지 밀도인 200 – 250wh/kg 보다 높아야 하며, 배터리업체들은 400-500wh/kg급 배터리의 양산화를 추진 중에 있음.

2) C-rate : 무인항공기는 이착륙을 해야하는 특성으로 높은 순간 충방전율을 요구함.
반드시 5C-rate 이상이 되어야 하며, 이는 일반적인 전기차의 C-rate인 1.3C – 1.7C에서 1.7C – 2.5C보다 매우 높은 요구 조건임.

3) 안전성 : 항공기는 내항성 승인 등 배터리의 안전성에 대한 매우 높은 요구사항을 지니고 있음.
미국 FAA인증을 위해서 사고 확률이 천만분의 1이 되어야 하며, EU EASA는 10억분의 1로 통제될 것을 요구하고 있음.

자료인용 : Kaiyuan Securities 발간 “물류 무인항공기(드론) 수요 및 생산” (2024. 04. 16)

향후 배터리산업의 방향성에 있어,
열관리가 더욱 중요해질 것으로 보이며 이에 따라, 열관리에 좀 더 유리한 폼팩터인 원통형 46파이를 비롯해 소재부분에서는 단결정양극재(하이니켈), 단결정 고전압 미드니켈, LFP가 산업과 시장의 주목을 받을 것으로 보여집니다.

또한 배터리 팩과 모듈과 관련해 방열 소재(열폭주 차단패드, 방염패드, 갭필러, 방열필름/시트, 실리콘 등)와 냉각장치 그리고 더 나가 액침냉각 등도 보다 중요해 질 것으로 보여집니다.

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※ 단결정 고전압 미드니켈 배터리

● 단결정 고전압 미드니켈의 필요성

1) 중저가 보급형 전기차 생산을 위해 저렴한 배터리가 필요
2) 전기차 화재 안전성에 대한 우려가 커지면서 열전이(Thermal Propagation)규제가 강화되려 하고 있음.


● 배터리 안전규제 UN GTR

미국, 유럽 등 주요 자동차 메이커들의 열적 안정성에 대한 요구가 강해지고 있음.
배터리로 인한 전기차 화재는 열폭주(Thermal Runway)와 열전이(Thermal Propagation)에 의해 발생함.

기존 배터리 안전규제인 UN GTR(세계기술기준)에서는 열폭주 이후 열전이까지 5분의 시간을 권고하였으나, 2024 – 2025년 발표될 UN GTR 2단계 권고안에서는 15 - 30분의 강화된 지연시간을 요구할 것으로 예상.
2030년부터는 열전이가 아예 발생해서는 안 되는 수준까지 규제가 강화될 것으로 전망됨.

UN-GTR 권고안 이후 미국과 유럽에서도 배터리 안전규제가 마련될 것.

최근 테슬라를 비롯한 주요 전기차 제조사들이 중국산 LFP배터리를 탑재를 확대하려는 이유도 UN GTR 강화와 연관이 있을 것으로 보고 있음.


● 배터리 열관리

열전이를 막기 위해서 BMS에서 열관리를 하거나 팩과 모듈의 소재/부품을 통해 열전이를 지연시킬 수는 있으나 근본적으로 셀 자체의 발화 위험성을 낮추는 것이 중요.

니켈은 리튬이온 배터리 충전과정에서 +4(4가)로 산화함.
산화된 4가 니켈 이온 (Ni 4+)sms 매우 불안정한 상태로 전해액과 반응해 산화니켈을 형성함.
니켈과 산소의 결합 에너지가 약하다 보니 열을 방출하면서 안정화하는 성질을 가지고 있음.

니켈의 함량이 많을수록 열적 안정성이 떨어지는데, 알루미늄을 도핑하거나 양극재 입자를 코팅하는 방식 등으로 이러한 문제를 해결하고자 하고 있고 있으나 한계가 있음.
완성차 업체들이 LFP에 관심을 갖는 이유도 가격적 측면 뿐 아니라 안정성 측면도 중요함.


● 고전압 미드니켈 배터리

LFP의 대안으로 국내 양극재 및 배터리 업체들이 강조하는 것이 고전압 미드니켈 배터리임.

니켈 함량을 50 – 70%로 낮추면서 전압을 높여 에너지 밀도를 향상시킨 배터리로 니켈의 함량을 줄임으로써 안정성을 강화하고 가격 또한 낮출 수 있음.
고전압 미드니켈 양극재에서는 수산화리튬보다 저렴한 탄산리튬을 사용함.

LG에너지솔루션은 고전압 미드니켈 배터리인 NCM613을 통해 2024 인터배터리 최고 혁신상을 수상하였는데, 기존 하이니켈 배터리 대비 가격은 10% 절감하고, 열적 안정성은 30% 개선하였음.

배터리에서 망간은 구조적 안정성을 담당하며, 고전압 구현에 적합함.
니켈의 함량이 줄어들면 에너지 용량이 감소하게 되는데, 이를 전압을 높여 상쇄함.
“에너지 밀도 = 용량 X 전압”

현재 4.2 – 4.3V인 충전전압을 4.4 – 4.5V로 올리고자 하고 있음.
충전 전압을 0.1V 올릴때 마다 에너지밀도는 4mAh/g 이상이 증가.

양극재 업계에서는 고전압 미드니켈(단결정 유니모달) 배터리의 에너지 밀도는 하이니켈(다결정 바이모달)보다 우수한 것으로 파악


● 충전전압을 높이기 위한 해결책 : 단결정 양극재

전압을 올려 에너지 밀도를 향상시키면 소재 내 크랙이나 균열이 발생할 수 있음.
안정성을 높이기 위해 망간의 함량을 확대하는데도 한계가 있음.
망간 함량이 늘어나면 저항이 함께 증가해 배터리 성능 저하가 일어 남.

도핑 소재를 적용하여 입자 표면을 코팅하는 방법으로 균열을 억제할 수 있으나 적절한 소재를 찾기도 어렵고 배터리 가격 상승의 요인이 되기도 함.

배터리 업계는 단결정(Single-Crystal)에서 해답을 찾고 있음.
단결정 양극재는 하이니켈 양극재의 수명과 용량을 늘릴 수 있는 기술로 개발되기 시작하였으나 미드니켈 양극재에서도 좋은 해결책으로 주목 받고 있음.

단결정 양극재는 니켈, 코발트, 망간 등의 입자를 하나의 입자 형상(One Body)로 만드는 것.
단결정 제품은 균열을 방지하고 안정성과 수명 성능을 향상시킬 수 있으며, 높은 압력에서도 깨지지 않기 때문에 전고체 배터리나 건식 전극을 구현하기에도 유리함.

기존 다결정 양극재는 압연 공정에서 깨지기 쉬움.
특히 충전과 방전을 반복할수록 소재 사이에 균열이 발생하고 이 틈으로 전해액이 침투하면서 소재와 부반응을 일으켜 가스가 발생함.

단결정 양극재가 다결정에 비해 용량은 10%, 수명은 30% 향상하는 것으로 분석.

양극 소재는 입자 크기에 따라 대입경(10 – 20 마이크로미터)과 소입경 (5마이크로 이하)으로 구분되는데, 입자간 공극을 줄이기 위해 대입경과 소입경을 섞어 쓰는 방식을 바이모달이라고 함.
통상 대입경과 소입경의 혼합 비율은 8대2, 7대3 정도임.

우선 대입경 다결정과 소입경 단결정이 함께 사용되다, 향후 소입경 단결정만을 사용하는 유니모달 방식으로 진화할 것으로 전망하고 있음.


● 고전압 미드니켈과 LFP, 국내 양극재 업체들의 대응

국내 배터리 및 소재업체들은 보급형 전기차나 ESS용 시장을 겨냥해 LFP배터리 개발에 나서면서, 단결정 고전압 미드니켈 양극재도 함께 개발하는 투트랙 전략을 쓰고 있음.

1) LG화학
2023년 6월 국내 최초로 하이니켈 단결정 양극재를 생산
고전압 미드니켈, LFP 양극재를 함께 개발하고 있음.

2) 에코프로비엠
단결정 기술을 고전압 미드니켈에 확대 적용할 계획

3) 포스코퓨처엠
2023년 니켈 함량 86% 이상인 단결정 양극재를 생산해 얼티엄셀즈에 공급.
단결정 입자 구조를 적용한 고전압 미드니켈 소재를 개발 중

4) 엘앤에프
단결정 하이니켈 기술을 보유 중에 있으며, 고전압 미드니켈 기술을 개발 중

5) 코스모신소재
하이니켈 소입경 단결정 양극재를 생산 중.

아직까지 시장은 중저가 및 보급형 전기차 시장에서 LFP배터리의 점유율이 커질 것으로 예상하고 있으나, 고전압 미드니켈 양극재의 적용에 따라 배터리 시장의 판도가 바뀔 수 있을 것임.

https://n.news.naver.com/mnews/article/277/0005408130?sid=004

※ 중국 이구환신 정책과 전기차 판매량 내연차 추월

중국 전기차 침투율이 50%를 돌파하였음.
노후차량 교체 또는 신규수요진작을 위해 중국 상무부 등 14개 부처가 공동으로 ‘소비재 노후차량 교체 촉진 행동 계획’을 발표하였음. 행동 계획의 핵심과제는 기존 노후차량의 교체임.

이를 위해 “이구환신(낡은 것을 새로운 것으로 교체)” 보조금 정책이 속속 도입되고 있음.
4월 19일 상하이시 발전개혁위원회는 2024년 1월 1일부터 2024년 12월 31일까지 ‘상하이시 자동차 소비 촉진 보조금 시행 규칙’을 발표하였으며, 개인에게 10,000위안의 보조금을 제공하기로 하였음.

중국자동차유통협회에 따르면, 4월 1일부터 14일까지 중국 전기차 시장(소매기준)은 26만대로 전년동기대비 32% 증가하였으며, 4월 상반기 기준 전기차침투율이 50.39%로 내연차를 처음으로 능가하였음.

4월말 베이징 모터쇼를 계기로 더욱 많은 전기차 모델들이 출시할 것이며, 향후 수 개월 동안 전기차업체들의 판매실적은 더욱 향상될 것으로 예상됨.

자료인용 : Huaan Securities 발간 “주간 전력산업 보고서” (2024. 04. 21)