※ 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)

※ 테슬라, LG에너지솔루션 전극 6조 주문 기사 관련

● 전극공정 소재

양극재 : 엘앤에프, LG화학
음극재 : Mitsubishi Chemical (+엘앤에프)
동박 : 솔루스첨단소재, SKC
실리콘음극재 : 대주전자재료

● 테슬라(와인딩, 패키징, 활성화공정) 소재

전해액 : 엔켐
분리막 : Toray, LG화학


테슬라는 현재 사이버트럭용 4680 배터리(2세대 하이니켈 적용) 양산에 어려움을 겪고 있는데 이로 인해 사이버트럭의 양산에도 많은 제약을 받고 있는 상황입니다.

테슬라는 4680배터리의 원활한 양산을 위해 배터리 부품 중 가장 난이도가 높은 양극/음극 전극판을 외주화하고 그 외의 공정인 조립공정, 활성화 공정을 자체적으로 하여 4680배터리 양산속도를 높이려고 하는 것으로 보여집니다.

전극공정을 LG에너지솔루션이 담당하고, 와인딩, 패키징/탭웰딩, 활성화 공정을 테슬라가 담당하는 구조입니다.

전극공정 소재의 경우 LG에너지솔루션이 담당을 하지만, 소재업체 선정은 원청업체인 테슬라와 협의를 할 것이고 기존 테슬라 납품업체들로부터 소재를 공급받을 것으로 보여집니다.
LG에너지솔루션도 기존 2170 배터리를 테슬라에게 납품을 하고 있었기 때문에, 테슬라 2170 밸류체인의 국내 업체들과 일본업체들이 소재 공급사가 될 것으로 보여집니다.

이 중 LG화학과 엘앤에프의 수혜강도가 높을 것으로 보여지는데, 엘앤에프는 테슬라 4680 양극재를 담당하고 있을 뿐 아니라, 현재 미쓰비시와 함께 음극재 관련 JV(차세대 천연흑연)도 함께 진행하고 있습니다.

또한 기존 테슬라의 2세대 4680에서 적용되지 못했던 실리콘음극재의 사용도 가능해질 수 있을 것으로 보여집니다.

전극공정 소재 외에 나머지 공정 소재업체들(전해액, 분리막 등)은 기존 테슬라 납품업체들이 담당할 것으로 보여지는데, 이번 LG엔솔과의 협력으로 인해 테슬라의 4680배터리 생산과 수량이 빨라지고 많아질 수 있기 때문에 테슬라에 관련소재를 납품하는 업체들의 수혜도 예상됩니다.

참고로 전해액은 패키징 공정에서 주입되며, 분리막은 와인딩 공정에서 삽입됩니다.

https://n.news.naver.com/article/215/0001158571?sid=101

※ AI발 에너지 대란과 태양광+ESS+가스발전

최근 미국을 중심으로 AI산업이 급성장하면서 전력에 대한 관심이 높은 상황입니다.

AI로 인해 전력수요가 크게 증가할 것으로 예상되면서, 전력공급 안정성에 대한 문제가 제기되었고, 원전/SMR과 같은 전력원이 시장의 주목을 받고 있는 상황입니다.

원전/SMR이 훌륭한 무탄소 전력원이기는 하지만, 지금 당장 급증하는 전력수요를 충당하기에는 시간이 너무 오래 걸린다는 단점을 지니고 있습니다.
지금 당장 필요한 전력을 가장 빠르게 공급하는 방법은 원전/SMR보다는 태양광+ESS+가스발전 결합이 좀 더 현실성 있어 보입니다.


● 원전/SMR의 문제점

원전/SMR의 문제점은 데이터센터는 지금 당장 필요한데 원전/SMR의 공사기간(특히 대형원전)과 상업화(SMR)까지의 기간이 오래 걸린다는 점입니다.

대형원전은 설계부터 원전가동까지 최소 8년이상이 필요합니다. 또한 건설예정기간을 초과하는 경우가 매우 많은데(특히 서구권), 프랑스 아레바사는 핀란드에서 원전건설을 13년이상 지연시켰고, 프라망빌 원전도 10년이상 지연시켰습니다.
미국 웨스팅하우스도 보글3,4호기를 원래 계획보다 6년이상지연시켰고, 서머2,3호기도 6년을 지연한 끝에 건설을 포기하였습니다.
그나마 한국이 UAE에 원전을 지을 때 공기내인 10년만에 성공적으로 건설하였습니다.
UAE 원전은 2009년에 수주를 받아, 2020년 8월 19일에 1호기가 전기 송전을 시작하였습니다.

즉, 대형원전은 공사기간이 너무나도 길기 때문에 지금 신규원전을 계획한다고 해도 시간이 너무 오래 걸리기 때문에 지금 당장 폭증하는 전력수요를 효과적으로 대처하기가 어렵습니다.

SMR은 모듈화를 통해 대형원전의 오랜 공사기간을 획기적으로 단축시킬 수 있다는 장점을 지니고 있으나 문제는 아직 상업화가 안되어 있다는 점입니다.

미국의 뉴스케일이 SMR의 상업화에 가장 근접해 있는 기업인데,
뉴스케일은 2013년 미국 정부로부터 국책과제로 선정된 이후, 2017년 NRC(미국 원자력 규제위원회)에서 DCA(SMR 설계 인증)을 신청하여, 2020년 NRC의 DCA를 받음으로써 상업발전의 근간을 마련하였습니다.

2022년에 발표되었던 SMR의 상업화 계획을 보면, 2024년 부지여건을 반영한 건설 및 운영 인허가건을 제출하고(아직 미제출), 2026년 승인을 받고 착공하여 2029년 미국에서 첫 원자로 준공을 목표로 하고 있습니다.

뉴스케일의 계획대로 된다 해도 SMR이 첫번째 가동(송전 시작)에 들어가는 때는 2030년 이후입니다.
하지만 2022년 뉴스케일의 계획도 상업성 문제로 계속해서 뒤로 미뤄지고 있는 것으로 알고 있습니다.

이처럼 원전/SMR이 지금 당장 급증하는 전력을 충당하기에는 너무 오랜 시간이 필요하다는 문제점을 지니고 있습니다.


● 태양광+ESS+가스발전

현실적으로 가장 빠르게 미국에서 전력을 공급을 해줄 수 있는 전력원은 태양광입니다.
태양광은 공사기간(유틸리티 규모)이 1년으로 매우 짧기 때문에 즉각적인 전력공급이 가능한 전력원입니다.
하지만 태양광은 신재생에너지의 문제인 간헐성과 경직성 때문에 보조전력원이 반드시 필요하며 ESS와 가스발전과 함께 진행되어야 합니다.

태양광 발전이 되지 않는 시기(주로 밤시간대)에 ESS통해 전력을 공급하고 기후 문제로 인하여 장기간 태양광 발전이 어려운 경우 가스발전을 통해 전력을 공급하는 방법이 현재로서는 전력공급을 가장 효율적으로 증가시킬 방법입니다. (무탄소 전력원 기준)

서브발전용으로 사용되는 중소규모(50Mw – 200Mw)규모의 가스발전소는 1-2년의 공사기간으로 발전이 가능하며, 지리적 제약도 대형발전보다 덜 받습니다.
또한 출력조절(자동부하추종능력)이 매우 우수한 발전원으로 태양광발전의 간헐성을 매우 효과적으로 대처할 수 있습니다.
때문에 가스발전(LNG복합발전)은 신재생에너지의 가장 이상적인 보완발전원이 되어줍니다.
한국에서도 지난 정부 대규모 LNG복합발전 건설 계획을 세웠던 이유도 신재생에너지 확대를 위해 반드시 필요했기 때문입니다.

미국에서 가장 저렴한 발전원인 태양광을 근간으로 ESS와 가스발전이 결합된다면 가장 현실적이고, 이상적인 전력공급확대 수단이 될 수 있을 것으로 보여집니다.

https://view.asiae.co.kr/article/2024042222293747738
https://blog.naver.com/nihil76/222750220705

※ 리튬이야기 (by Joe Lowry)

전기차, BESS, 에너지 전환으로 리튬 산업은 크게 성장하였지만, 리튬은 2014년보다 현재인 2024년에 더 잘 알려져 있지 않음. 이유는 리튬산업에 정보를 통제함으로써 이익을 얻는 다양한 기득권들이 있기 때문임.
리튬에 투자할 계획이 있거나 관련된 주식투자를 하는 사람들은 다양한 리튬에 대한 이야기를 조사하고 자신만의 버전을 가지고 있어야 함.

1990년대 초반 리튬 시장을 지배하던 업체는 알버말(Albemarle)과 아르카디움(Arcadium)이었음.
당시 리튬시장은 두 업체에 의해 과점되어 있었으며, 리튬 비즈니스를 하던 사람들은 대부분 노스캐롤라이나의 작은 두 마을에 거주하였음.

이후 SQM이 시장에 진입하자 이들 세 업체는 “빅3”가 되었음.
SQM이 시장에 진입하였을 때 SQM의 탄산리튬의 야만적인 가격 인하에 기존업체들은 어려움을 겪게 되었음.
SQM은 저가 제품을 위주로 고객을 확보하였으며, SQM의 등장으로 리튬의 본격적인 가격경쟁이 시작되었음.

중국과 러시아는 리튬화학물을 소량 생산하였고, 시장활동이 제한되었기 때문에 2000년대 초반까지 리튬시장은 “빅3”가 지배하였음.

중국은 초기에 현지의 낮은 품질의 리튬자원에 의존했고, 이후 SQM의 탄산리튬에 의존하며 제한적으로 호주 Green-bush 광산의 스포듀민(리튬휘석) 사용하였음.

2005년 중국이 부상하면서 중국 리튬업체인 Tianqi가 리튬 구매처를 찾기 시작하였음.
특히 Ganfeng은 리튬을 구하기 위해 세계 곳곳을 샅샅이 뒤졌고, 2010년 이후 칠레 염호에서 리튬염 원료물질을 수입하기 시작하였음.

중국에서 BYD, B&K, BAK, ATL 및 CATL과 같은 양극재 및 배터리 업체들이 빠르게 성장하였고 Easpring, Lishen과 같은 업체들도 등장하였음.

리튬배터리의 초기 시장을 주도하였던 일본이 주춤한 사이 한국과 중국이 자리를 잡기 시작하였음. 한국과 일본업체들은 포스코나 Toyota Tsusho와 같은 일부 업체를 제외하고는 리튬자원에 큰 관심을 보이지 않았음.

배터리 산업의 구조가 바뀌자 리튬이 사람들의 관심을 끌게 되었고, 중국을 중심으로 리튬산업이 재편되었음.
2012년 12월 중국 Tianqi는 미국의 Rockwood를 제치고 호주 Green-bushs 광산 인수를 발표하였고, 2018년까지 중국의 공격적인 리튬투자가 진행되었음.

이후 중국의 Ganfeng, Tianqi와 서방의 알버말, SQM이 글로벌 리튬시장을 지배하게 되었으며, 리튬 정제사업이 중국에서 크게 성장하였음.

많은 사람들이 중국이 리튬자원의 대부분을 중국 내에서 생산한다고 잘못 알고 있는데, 중국은 리튬광석을 리튬염으로 정제하는 부문을 지배하고 있고, 알버말, Talison Lithium Energy, Wesfarmers/SQM Covalent JV와 같은 업체들이 여전히 서호주에서 리튬화학물 생산을 증가하고 있음.

중국은 리튬가격을 최대한 낮게 유지함으로써 얻을 수 있는 이점이 가장 많은 국가임.
배터리 공급망 전반에 걸쳐, 스포듀민 가격이 낮게 유지되면 중국 양극재 및 배터리 생산업체들과 전기차 업체들이 낮은 배터리 셀 가격의 수혜를 볼 수 있기 때문임.
중국은 지난 20년간의 노력으로 배터리 공급망의 앞 단을 장악하였음.

당시 서구권 정부들과 기업들은 무슨 일이 있어나고 있는지에 대한 통찰과 앞으로에 대한 비전이 부족하였음.


미국의 IRA는 어설프게 만들어진 법안인데, 미국은 독자적인 리튬배터리 공급망을 구축하기 위한 보다 체계적인 접근법을 연구해야 함.
서방세계는 중국으로부터 배울 점이 많을 뿐 아니라, 오늘날 그들이 가지고 있는 공급망의 의존에서 벗어나야 함.

IRA는 엄청난 관심속에 발표되었고 훌륭해 보였지만, 악마는 디테일에 있음.
2022년 IRA가 통과되었을 때, 많은 세부적인 지침들이 명확하지 않았음. 미국 정치인들은 승리할 수 있는 상황을 만들기 전에 먼저 승리를 선언하는 쉬운 길을 택했음.
바이든 정부는 배터리 생산시설이 원활하게 돌아가기 위해서 IRA를 좀 더 효과적으로 수정해야 하지만 그럴 수 있을지는 미지수임.


골드만삭스와 같은 서구 분석가들의 대부분의 리튬가격 예측은 틀려왔지만, 사람들은 이들의 분석을 여전히 신뢰하고 있음.
골드만삭스는 리튬광석 가격이 최정점을 찍었던 2022년 11월, 2023년 리튬정광 가격 예측을 16,000달러/MT에서 53,000달러/MT로 상향 조정하기도 하였음. 이후 2023년에 리튬가격은 폭락하였음.

2024년 현재 그들은 리튬정광 가격이 11,000달러/MT를 계속 유지하고 2025년에 10,000달러/MT가 될 거라고 분석하고 있음.
그들은 빈번하게 분석이 틀려왔지만, 많은 사람들이 여전히 그들의 분석에 신뢰를 보여주고 있음.

리튬이야기는 아직 초기 단계에 있으며 그 결말이 어떻게 될지는 시장을 이해하기 위한 행동과 그 과정에 따라 달라질 것임.

리튬이야기 (by Joe Lowry)

※ 강원에너지, 포스코퓨처엠 공급 및 FEOC 2025

이번 강원에너지의 포스코퓨처엠과의 수산화리튬(일수화물) 임가공 계약은 미래나노텍의 포스코퓨처엠 독점구조를 깬 것에 의미가 있는 것으로 보여집니다.
포스코퓨처엠도 수산화리튬 임가공업체를 이원화 함으로써 공급의 안정성을 도모하려는 의도로 보여집니다.

또한 강원에너지는 기존의 무수수산화리튬 임가공 뿐 아니라 일수화물 임가공 시장에도 진입한 것으로 임가공사업 사업영역을 확장한 것에도 의미를 둘 수 있습니다.
참고로 무수산화리튬 임가공이 건조과정이 있어 마진율 및 단가가 더 높으며, 국내에서는 강원에너지와 비상장사인 JS테크가 관련 사업을 영위하고 있습니다.


● 포스코퓨처엠 수산화리튬 일수화물 임가공 체인

미래나노텍 → 포스코퓨처엠 → LG화학
강원에너지 → 포스코퓨처엠 → 삼성SDI


미래나노텍에서 임가공한 수산화리튬은 포스코퓨처엠을 통해 LG화학으로 납품되며, 강원에너지의 수산화리튬은 포스코퓨처엠을 통해 삼성SDI로 납품되는 구조입니다.

포스코퓨처엠은 2023년 삼성SDI와 10년간 약 40조 규모의 양극재 공급계약을 체결한 바 있습니다.


● FEOC 2025와 수산화리튬임가공

수산화리튬임가공 사업은 FEOC 2025의 수혜 산업이 될 것으로 전망되는데,
2025년부터는 중국산 수산화리튬을 사용하면 FEOC에 의해 미국에서 보조금 혜택을 받을 수가 없게 됩니다.

기존 국내 양극재업체들은 중국 간펑리튬이나 티안치리튬으로부터 수산화리튬을 받아올 때 밀링(분쇄가공)이 된 수산화리튬을 받아왔기 때문에 국내에서 따로 수산화리튬 분쇄가공을 할 이유가 없었으나(또는 물량이 많지 않았으나), 2025년부터는 국내에서 분쇄가공&건조를 해야하기 때문에 국내 수산화리튬 임가공업체들의 물량이 큰 폭으로 늘어날 것으로 기대되고 있습니다.

리튬, 양극재, 전구체, 음극재 등 핵심광물 외에 수산화리튬 임가공업체들도 2025년부터 적용되는 FEOC의 수혜를 받을 것으로 전망됩니다.

https://www.newsprime.co.kr/news/article/?no=637104

4680/파이 배터리가 배터리 업계에 중요한 화두로 떠오르고 있는데,
현재 다소 더디게 성장하고 있는 하이니켈 배터리시장 확대의 새로운 돌파구를 마련해 줄 수 있을 것으로 기대되고 있기 때문입니다.

하이니켈 배터리는 주행거리 향상 및 높은 출력, 고C-rate 환경에 유리하여 전기차 시장의 주류 배터리가 될 것으로 기대되었으나, 기존 폼팩터의 안전성 문제, 실리콘음극재 확대 어려움 등의 문제가 존재하였습니다.

그러나 46파이 배터리는 탭리스(Full tab/Multi tab) 구조로 전자의 이동 경로가 단축되고 발열량을 크게 감소시킬 수가 있기 때문에 하이니켈 배터리의 가장 큰 난제였던 열관리(저항=열)를 획기적으로 개선할 수 있습니다.
R=plA, 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례하기 때문에, 탭리스 기술을 적용하게 되면 배터리의 내부 저항 단면적이 증가하고 전류 전도 면적이 증가하며 전류 전도 거리가 단축되어 내부 저항을 10배 가까이 줄일 수 있습니다.
1865와 2170과 비교했을 때, 기존 1865 배터리의 젤리롤 길이는 800mm, 저항은 약 20mΩ이며, 2170 배터리의 젤리롤 길이는 1000mm, 저항은 약 23mΩ인 반면, 4680 배터리의 전체 집전체를 탭으로 사용하기 때문에 전체 전류 전도 길이(800 – 100mm)가 80mm로 변경되기 때문에 저항은 2mΩ가 되어 1685/2170 대비 저항이 약 10배 감소합니다.

또한 Vent, CID, PTC와 같은 안전장치를 가지고 있어(원통형과 각형 공통), 기존 하이니켈 배터리의 주요 폼팩터였던 파우치에 비해 가스관리가 용이하여 화재/폭발 위험성도 크게 개선시킬 수 있습니다.

실리콘 음극재 적용의 경우도 46파이은 전극시트가 원형으로 말려져 있어 힘을 균등하게 받을 수 있어고, 46파이의 대형 실린더로 인하여 팽창에 대한 내구성이 타 폼팩터 대비 우수합니다. 이는 팽창의 문제를 가지고 있는 실리콘 음극재 확대에 유리한 구조입니다.

46파이 배터리는 하이니켈 양극재 및 실리콘 음극재 확대의 돌파구를 제공할 것으로 전망됩니다.

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※ 원통형 배터리. (feat. 4680/46파이 배터리)

● 완성차 및 배터리/장비 업체들의 4680 배터리 대응 상황.

LG에너지솔루션은 한국 오창에서 4680배터리를 2024년 하반기 양산 예정. (2024년 8월 예상)
오창에서 기술을 완성환 이후, 2025년 하반기 미국 애리조나 공장에서도 4680배터리를 대량 양산(36Gwh)할 계획

파나소닉은 마쓰다, 스바루에 4680배터리를 2024년 하반기 공급 예정(2024년 9월 예상).

그 외, 삼성SDI, SK온, CATL, BYD 등 배터리 업체들이 46파이 생산계획을 가지고 있음.
삼성SDI : 2024/5년 유럽 괴드 공장에서 BMW에 46파이 배터리 공급할 계획

BMW는 2025년에 출시할 “Neue Klasse”에 4695/46125 배터리를 적용할 계획
BMW에 삼성SDI, CATL, EVE에너지가 46파이 배터리를 공급할 예정


필에너지는 원통형 46파이 와인더를 개발 중이며 유럽 3개사, 미국 1개 사, 국내 4개사에 장비 시연 후 기술 영업 시작.
(참고로 원통형 와인더 장비는 한국 코엠이 선두권 업체임)


● 탭리스(멀티탭)

기존 1865, 2170 원통형 배터리와 4680 원통형 배터리의 가장 큰 차이점은 노칭공정을 통한 탭리스(멀티탭) 구조임.
4680/파이 배터리는 탭리스(좀 더 정확하게 멀티탭 구조) 디자인을 채택하고 있는데, 기존 1865, 2170은 전극판 끝부분에 리드탭(전극에서 단자까지 전류가 흐르는 경로)을 붙여 전기를 외부와 연결하였으나, 4680은 노칭공정을 통해 전극판에 여러 개의 탭을 만드는 구조임.
이를 통해 전극의 면 전체를 도체로 활용하여 전류를 개선하고 열을 분산시킬 수 있음.
기존 원통형 배터리는 하나의 양극 탭과 음극 탭으로 전류가 집중되어 열관리에 취약할 수 있는데, 4680은 탭리스(멀티탭)을 통해 이를 보완하였음.

4680은 리드탭이 존재하지 않기 때문에 탭웰딩 공정이 생략되는 대신 양극과 음극에 각각 알루미늄과 구리로 된 Disk를 덧댄 후 용접을 함.


● 안전장치

배터리의 안전을 위해 PTC(Positive Temperature Coefficient), CID(Current Interrupt Device), Vent 등의 안전장치를 내부에 함께 장착함.

PTC : 과전류가 발생해 저항이 높아지면 전류량을 줄이는 장치
CID : 배터리 내부에 가스가 발생해 압력이 올라가면 전류를 차단하는 장치
Vent : 전류를 차단하였는데도 계속 압력이 증가하면 벤트가 열리며 가스를 외부로 방출해 폭발을 방지하는 장치


https://view.asiae.co.kr/article/2024042522311461013
https://view.asiae.co.kr/article/2024011816461713062