※ 각형배터리 시장 확대 예상

1. 탈중국

2차전지 소재가 그러하듯 부품 또한 탈중국이 필요한 시점입니다.
비록 소재와 같이 IRA/FEOC와 같은 강력한 울타리는 없지만, 완성차 및 배터리업체들은 리스크 관리차원 에서라도 주요 2차전지 부품에 대한 탈중국 필요성은 커져만 가고 있습니다.

특히 각형 폼팩터는 CATL을 중심으로 중국업체들이 높은 경쟁력을 지니고 있었던 폼팩터로 관련 시장 대부분을 중국 업체들이 장악한 상황입니다.
삼성SDI가 각형부분에서 명맥을 유지하면서 나름대로의 밸류체인(신흥에스이씨, 상신이디피, 상아프론테크 등)을 갖추고는 있지만 이들을 제외하면 비중국업체들이 거의 없다시피 한 상황입니다.
참고로 신흥에스이씨와 상신이디피는 삼성SDI의 계획된 물량도 소화시키기 어려운 상황입니다.

유럽 및 기타지역 배터리업체들인 노스볼트, 파워코, 베르코어, ACC, AESC 등 업체들도 각형을 메인 폼팩터로 사용하고 있기 때문에 특히 미국에서 사업을 진행하고자 하는 업체들은 각형에 대한 비중국 공급망 확보가 매우 시급한 상황입니다.


2. 안전성 문제

최근 배터리에 대한 안정성(화재관련)이 중요한 문제로 대두되고 있습니다.
배터리로 인한 전기차 화재는 열폭주(Thermal Runway)와 열전이(Thermal Propagation)에 의해 발생을 하는데, 열폭주와 열전이에 대한 유럽 및 미국의 규정이 갈수록 강화되고 있는 상황입니다.

일례로 2024 – 2025년 발표될 UN GTR 2단계 권고안에서는 열폭주 이후 열전이까지의 지연시간을 15 - 30분까지 요구할 것으로 예상하고 있으며, 궁극적으로는 연전이 자체가 발생하지 않는 수준까지 규제가 강화될 것으로 보여집니다.

때문에 배터리의 열적 안정성 강화는 이제 배터리 제조사들에게 생존이 걸린 문제가 되었으며, 열적 안정성을 위해 BMS에서의 열관리, 냉각시스템, 팩과 모듈 소재를 통한 열전이 지연 등도 함께 개선하고 있지만 근본적으로 배터리 자체의 열관리를 매우 중요하게 여기고 있습니다.

원통형(특히 46파이)과 각형이 최근 관심을 많이 받고 있는 이유도 이러한 맥락과 함께 합니다.
파우치는 태생적으로 가스(H2, O2, CO2, SO2, NH3, Fluoride Compounds 등)를 배출해 줄 수 있는 부품(Ventilation)이 존재하고 있지 않습니다.

배터리에서 발생(주로 전해액과의 화학반응)하는 가스는 배터리 안정성을 크게 훼손시킬 수 있는데, 원통형과 각형은 가스를 배출시켜주는 Vent 외에도 PTC, CID와 같은 물리적 안전장치를 지니고 있어 열관리에 좀 더 용이한 특성을 지니고 있습니다.

파우치도 최근 Vent를 부착하는 방안이 연구되고는 있지만 아직 상용화 단계 이전에 있습니다.


3. ESS시장

ESS 시장은 전기차 시장과 함께 향후 배터리의 메인 수요처가 될 것으로 전망되고 있습니다.

ESS용 배터리로 요구되는 것들 중 특히 경제성과 장수명이 중요하며, 이러한 ESS의 특징으로 인하여 아직까지는 LFP배터리가 ESS용으로는 적합하다고 보고 있습니다.

먼저 경제성 측면에서,
ESS용 배터리는 공간의 제약이 없기 때문에 단위당 에너지밀도보다는 낮은 Cost가 중요하며 이를 위해 최대한 저렴한 소재들을 채택합니다.
양극재는 LFP를 음극재는 흑연을 그리고 전해액은 VC, FEC와 같은 기본적인 첨가제만을 사용하고, 전해질염도 LiPF6 위주(LiFSI나 LiPO2F2 등 특수전해질염을 사용하지 않음)로 사용합니다.
분리막도 코팅된 습식보다는 값싼 건식분리막을 사용합니다.

제조공정에 있어서도 제조 cost가 높은 노칭앤스태킹을 사용하는 파우치 보다는 젤리롤 방식의 각형을 선호합니다. 젤리롤 방식의 와인딩공법이 노칭앤스태킹보다 단위당 생산성이 매우 높고 수율관리도 쉽기 때문입니다.

안전성과 장수명 측면에서 ESS용 배터리는 열적안정성과 수명이 상대적으로 좋은 LFP를 사용합니다.
전력망(그리드)용 ESS는 장수명이 중요한데 이는 태양광 발전소가 기본 10년 이상의 운용을 계획하고 지어지기 때문에 ESS도 10년 이상 운용이 가능해야 합니다.
화재 안전성 측면(저 C-rate 범위)에서 아무래도 에너지밀도와 출력이 높은 3원계보다 LFP가 상대적 우위에 있습니다.

폼팩터의 경우 각형이 타 폼팩터 대비 안전성 측면에서 우수한 이유는,
장기간 운영되는 ESS시설의 특성 상 SOH가 중요하며, SOH를 장기간에 걸쳐 안정적으로 유지하기 위해서는 가스제거를 위한 Vent가 있는 각형이 유리합니다.
원통형은 46파이의 경우 제조단가가 높으며, 소형 원통형은 셀수가 많아 배터리 관리(BMS)가 어려운 문제가 있습니다.

또한 ESS는 화재가 나서는 안 되는데 이를 위해 배터리의 열적안정성을 유지하기 각종 쿨링시스템, 배터리 관리시스템이 중요합니다.
각형배터리는 Vent, CID, PTC 등 여러 물리적 장치들로 배터리 자체적으로 열적안정성을 유지시킬 수도 있기 때문에 타 폼팩터 대비 쿨링시스템에 대한 비용이 상대적으로 적게 들어가는 장점이 있습니다. 또한 이러한 안전장치들로 인해 좀 더 오랫동안 셀을 운영하기에 적합합니다.
또한 각형배터리는 셀의 크기가 커서 BMS 측면에서도 유리한 측면이 있습니다.
셀이 많으면 많을수록 관리하기가 어려워집니다.


4. CTP, CTC

주행거리를 늘리기 위해 배터리가 아닌 모듈이나 팩을 없애고 이로부터 줄어든 중량이나 늘어난 공간을 활용하여 배터리 탑재를 늘리는 CTP, CTC 방식이 LFP배터리를 위주로 많이 적용되고 있습니다.
주행거리 뿐 아니라 모듈을 생략함으로써 배터리 팩 단가를 낮출 수도 있습니다.

삼원계 또한 CTP, CTC 방식을 통해 전기차의 주행거리를 늘려야 하는데, 테슬라의 사이버트럭(CTC) 비롯하여 몇몇 기업들이 이미 이러한 방식을 적용하고 있는 중입니다.

CTP나 CTC를 적용하기 위해서는 배터리가 물리적 충격에 강해야 하는데, 모듈이나 팩이 사라지게 되면 아무래도 사고시 충격이 배터리에 직접 전달되어 배터리가 손상될 확률이 높아질 수밖에 없습니다.

때문에 아무래도 CTP, CTC에는 외부 충격에 강한 원통형배터리나 각형배터리가 파우치배터리 보다는 우수한 특성을 지니고 있습니다.
또한 모듈이 사라지기 때문에 개별 셀 관리도 난이도가 높아지는데, 상대적으로 셀 당 에너지 용량이 높은 각형이나 46파이 배터리가 CTP, CTC에 좀 더 적합한 특성을 지니고 있습니다.

※ 2024년 4월 미국 유틸리티용 ESS 신규설치량

2024년 4월 미국의 유틸리티용 ESS 신규설치는 523.3MW로 전년동월대비 210%증가하였으며, 전월대비로는 -50% 감소하였음.
2024년 4월까지의 누적 설치량은 1.75GW로 전년동기대비 198% 증가하였음.

2023년 4분기 이후 배터리가격이 빠르게 하락하면서, 2024년 미국의 ESS 설치량은 계속해서 증가할 것으로 전망됨.

자료인용 : Soochow Securities 발간 “전력설비 주간보고서” (2024. 06. 23)

※ LG엔솔 각형 배터리 개발

LG에너지솔루션도 기존 파우치와 원통형에 이어 각형 배터리 개발을 본격화하고 있습니다.
이는 기사에서도 언급되었듯 고객사들의 폼팩터 요구가 다양해지고 있기 때문인데, 지금까지 국내 배터리사들(LG에너지솔루션, SK온)의 전기차용 주력 폼팩터는 파우치형이었으나, 고객사들의 요구에 따라 원통형(특히 46파이) 및 각형 배터리로도 폼팩터를 확장시키고 있습니다.

● 탈중국

각형은 CATL을 중심으로 한 중국업체들이 시장을 주도해 왔으나, 최근 중국에 대한 서방의 견제로 인한 공급망 다변화의 일환으로 서구 완성차 업체들은 중국 외 업체들로부터 각형배터리를 소싱할 필요가 생겼으며, 이에 LG에너지솔루션도 각형 배터리 사업을 본격화 하는 것으로 보여집니다.

참고로, 폭스바겐, BMW, 벤츠 등 유럽업체들은 각형을 많이 사용해 왔습니다.


● 안전성

최근 배터리의 화재 안정성이 강화되면서 여러 고객사들이 상대적으로 열관리가 용이한 46파이나 각형 배터리에 대한 관심이 높아지고 있는 것이 사실입니다.
기존 파우치형 배터리를 주력으로 사용하였던 현대/기아차나 GM도 각형 배터리에 관심을 보이고 있는 상황입니다.
Vent와 같은 가스제거 장치나 PTC, CID와 같은 물리적 안전장치를 지니고 있는 각형/원통형 배터리가 열관리에 있어 좀 더 유리한 장점을 지니고 있습니다.


● 노칭앤스태킹 공법 적용

기존 각형 배터리는 와인딩 공법의 사용으로 생산성은 높지만, 스웰링현상과 모서리의 변형 그리고 경박단소한 탭으로 인해 높은 출력에 한계를 가지고 있었습니다. 또한 배터리 내의 저항이 매우 높아 열관리가 어려웠던 단점도 존재했습니다.
그러나 삼성SDI가 노칭앤스태킹 공법을 각형배터리에 적용(Gen5 배터리)하는 것과 같은 신공법이 각형배터리에도 적용되면서 기존의 문제점들을 해결하게 되어 고성능 전기차용 배터리로도 폭넓게 사용될 수 있게 되었습니다.

https://n.news.naver.com/article/030/0003217065

※ NMP와 CNT분산사업

NMP(바인더 용매)는 독일의 BASF와 미국 Ashland 양사가 과점하고 있는 매우 고가의 소재로, 양극재 바인더 원가의 70%를 차지하고 있습니다.

때문에 배터리 업체들은 리사이클링 된 NMP를 사용함으로써 배터리의 원가 절감을 위해 노력하고 있습니다.
국내업체로는 엔켐과 재원산업(비상장)이 NMP리사이클링 사업을 진행하고 있습니다.

NMP는 양극재 바인더 외에 CNT 분산액의 핵심원료이기도 한데, CNT 분산액에서 NMP가 차지하는 조성 비율은 약 95%에 달합니다. (원가 비중 80% 이상 추정)
CNT도전재 분산사업에 있어 신규NMP와 리사이클링 NMP 사용여부 또는 혼합 여부가 CNT분산액 가격의 가장 큰 요소가 됩니다.
때문에 CNT도전재 분산사업을 하는 업체들에게 NMP는 매우 중요한 핵심 원재료가 되어, NMP의 수급이 매우 중요합니다. CNT 분산사업을 하는 업체들은 배터리업체로부터 지정된 NMP를 구매합니다.

참고로 재원산업은 삼성SDI에 CNT분산을 하여 공급하고 있습니다.
나노신소재는 SK온에 납품을 하고, LG에너지솔루션(얼티엄)은 LG에너지솔루션이 자체적으로 분산사업을 진행하고 있습니다.
분산된 CNT는 시간이 지나면(3개월 이상) 재응집하는 특성을 지니고 있어, 분산사업은 배터리 업체 인근에서 진행하는 것이 일반적입니다. (현지화가 중요)

CNT 분산사업에 있어 NMP의 비중이 절대적이기 때문에, NMP 리사이클링을 진행하는 업체는 분산사업에 있어 매우 강력한 경쟁력을 확보하게 됩니다.
NMP리사이클링 사업을 통해 고가의 NMP를 매우 저렴하게 확보할 수 있기 때문이며, 엔켐과 재원산업이 이 분야에서 높은 경쟁력을 지닐 수 있는 요인이 됩니다.

엔켐이 전해액 외에 신규산업으로 CNT도전재 분산사업에 진출할 수 있는 이유도, NMP리사이클링 산업과 CNT도전재 분산이 매우 강력한 시너지를 낼 수 있기 때문입니다.

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양극재 슬러리는 NMP와 양극 활물질, 도전재, 바인더 등의 혼합물로, NMP는 양극활물질 슬러리 제조 과정에서 사용되는 유일한 유기용매 소재임.
글로벌 NMP시장은 소수 업체들이 독점적 지위를 바탕으로 매우 고가에 판매되고 있어, 고품질의 NMP 리사이클링 소재에 대한 수요는 매우 큰 상황임.

CNT는 도전재 분산액에 사용되는 소재로 카본블랙 등에 기존 소재 대비 전기적, 열적, 기계적 특성이 우수해 카본블랙의 20% 함량만으로도 동일한 성능을 낼 수 있어, 배터리의 에너지 밀도 향상에 크게 기여할 수 있음.

https://www.newsis.com/view/NISX20240626_0002787303

※ 주요 기사 정리 #1. (2024. 06. 24. – 2024. 06. 30)

주간에 보도되었던 주요 기사들에 대한 개인적인 생각을 최대한 짧게 정리해보고자 합니다.
주중에 시간 관계상 정리하지 못했던 내용들을 주말에 정리하여 올리는 것으로, 개인적 생각이기 때문에 잘못된 내용도 있을 수 도 있고, 개인적인 호불호에 위해 과장과 축소도 있을 수 있기 때문에 한 개인의 생각으로 여기시고 참고만 하시기 바랍니다.


● 테슬라, 4680 배터리 내재화 중단 가능성

https://www.businesspost.co.kr/BP?command=article_view&num=356696

테슬라는 지난 수년간 건식전극공정을 적용한 4680배터리, 사이버트럭, FSD등 업계 최초의 신기술로 산업의 방향성을 제시하는 프론티어로서의 입지를 다져왔으나, 양산기술의 부족으로 배터리 내재화와 사이버트럭 양산에 애를 먹고 있는 중입니다.
자율주행도 현재 테슬라의 스케줄보다 계속 미뤄지고 있는 상황입니다.

과거 테슬라의 주가가 고공행진을 하고 시장에서 자금조달이 원활 할 때는 풍부한 자금력을 바탕으로 시간이 걸리더라도 신기술들을 밀어붙일 수 있었지만, 현재 테슬라에 대한 위기감이 증폭되며 이전만큼 자금조달을 수월하게 할 수가 없는 시기가 되었습니다.
또한 미국은 현재 AI로 인한 기술혁명이 주요 화두로 떠올랐기 때문에 테슬라로서도 AI라는 미국 자본시장의 흐름에 거스를 수는 없는 상황입니다.

자본조달이 수월하지 않는 상황에서 테슬라는 기존 자원의 효율화를 꾀할 수밖에 없고, 이는 사업의 우선순위 변경으로 이어지고 있는 모습을 보여주고 있습니다.
즉, 한정된 자원을 자율주행과 같은 AI 분야(엔비디아 GPU구매)에 더 투입을 하고 대신 성공이 불확실한 배터리 내재화의 우선 순위를 뒤로 미루는 결정을 하고 있는 것으로 보여집니다.

또한 양산성이 안 나오고 만들수록 적자가 커지는 구조인 사이버트럭 대신 자율주행을 위한 중소형 전기차(로보택시, 모델2 등)로 무게중심을 이동하고 있는 것으로 보여집니다.
테슬라는 모델 3이후 차세대 전기차로 사이버트럭에 올인 함으로써, 신규모델 대응이 늦어졌고 이는 현재 테슬라 전기차 경쟁력 하락의 주요 원인으로 작용하고 있습니다.

테슬라의 4680배터리 내재화 중단 가능성은 사업적 측면에서 매우 합리적인 선택으로 보여집니다. 그리고 향후 테슬라의 배터리 수급은 LG엔솔, 파나소닉, 삼성SDI와 같은 업체로부터 이뤄질 수밖에 없습니다.
한번 내재화의 길에서 이탈한 이상 테슬라의 배터리 내재화는 앞으로 재추진 되기 어려울 것이며(해당 조직 약화, 배터리 기술격차 확대 등), 타 완성차 업체들과 마찬가지로 배터리는 앞으로 배터리업체로부터 수급 받는 현상이 계속 이어질 것으로 예상됩니다.

※ 주요 기사 정리 #2. (2024. 06. 24. – 2024. 06. 30)

● SK그룹, AI 및 반도체에 집중

https://n.news.naver.com/mnews/article/003/0012634468?sid=101

SK그룹은 향후 배터리나 바이오 대신 반도체와 AI에 집중할 것으로 보여집니다.

SK는 현재 여러 내우외환 속에 놓여 있으나, 다른 한편으로는 반도체를 중심으로 천재일우의 기회를 맞이하고 있기도 합니다.
이번 AI 반도체 사이클의 결과를 통해 메모리부문에서 SK하이닉스가 삼성전자를 넘어설 수도 있는 기회를 얻고 있습니다. 때문에 현금여력이 풍부하지 않은 SK의 입장에서는 선택과 집중이 필요한 시기이며 반도체와 AI에 그룹의 역량을 집중하는 것으로 방향성을 잡은 것으로 보여집니다.

2차전지에 국한되어 얘기를 하면,
현재 SK온은 위기에 놓여 있으며, 이는 자금부족, 신생업체로서의 양산기술 부족, 배터리/전기차 산업의 트렌드 변화 등 여러 것들이 복합적으로 얽혀서 발생하고 있습니다.

(1) 지난 2021년 SK이노베이션은 LG화학과의 배터리 영업비밀 침해 소송과 관련해서 미국 ITC로부터 최종 패소판결을 받게 되었습니다. SK 배터리 사업 불행의 시작으로 ITC 패소 이후 SK온은 고객사 확보와 같은 영업적 문제, 외부 인력을 통한 기술습득의 문제, 로열티 지급과 같은 금전적 문제들이 발생하기 시작하였습니다. 특히 이전과 같이 가격을 통한 고객사 확대에 급제동이 걸리면서 SK온 배터리 사업 방향성이 근본적으로 흔들린 사건이었습니다.

(2) SK온은 LG에너지솔루션과 같이 모회사인 SK이노베이션으로부터 분할 상장을 하여 투자자금을 만들고자 하였으나, 시기를 놓치면서 만성적인 자금 부족에 시달리게 되었습니다.
초기 투자가 매우 중요한 시기에 시장을 통한 자금조달에 실패함으로써 경쟁사 대비 초기투자에 뒤쳐지는 모습을 보여주었습니다.

(3) SK온은 경쟁사인 LG에너지솔루션과 삼성SDI가 오랜 시간과 다양한 경험(IT, Non-IT 제품 및 전기차, ESS 등)을 가지고 사업을 진행해왔던 것에 비해 전기차용 배터리를 중심으로 상대적으로 늦은 시기에 배터리 사업으로 뛰어들었습니다.
그러다 보니 특허, 기술, 인력 등에 있어 한계를 지니고 있었고 상대적으로 취약한 사업구조를 지니고 있었습니다. 미국 ITC패소와 SK온의 상장연기는 이러한 문제점을 극복하기 더욱 어렵게 만들었습니다.

그리고 이러한 사업적 취약성은 지금과 같은 일시적인 전기차/배터리 시장 침체에 더욱 두드러지는 모습을 보여주고 있습니다.

(4) SK온의 가장 큰 문제점 중 하나는 제품군이 전기차용 파우치형 배터리에 집중되어 있다는 점입니다.
LG에너지솔루션이 원통형과 파우치, 삼성SDI가 원통형과 각형으로 폼팩터가 다변화되어 있는 것과는 다르게 SK온은 파우치만을 생산하고 있으며, 상대적으로 타폼팩터에 대한 대응(인력, 특허 포함)이 쉽지 않은 상황입니다.

기존의 예상과 같이 파우치형 배터리가 전기차 시장의 대세를 이루는 방향으로 배터리시장이 전개되었으면 큰 문제가 없으나, 최근 배터리의 트렌드가 46파이 원통형 배터리와 각형배터리로 무게중심이 다소 이동하는 모습이 보여지고 있습니다.
이러한 배터리 산업의 트렌드 변화 또한 SK온의 배터리 사업에 좋지 못한 영향을 주고 있습니다.


SK온의 배터리산업에서의 어려움이 국내 배터리 산업의 위축을 뜻하는 것이 아니며, 이로 인해서 새로운 변화가 함께 일어날 것으로 보여집니다.
예를 들면, SK온의 위축만큼 삼성SDI의 성장이 이뤄질 수 있기 때문입니다.

과거 삼성SDI가 SK온과 LG에너지솔루션에 비해 배터리 사업투자에 미온적이었던 이유가 회사의 보수성도 있었지만 당시 배터리산업의 트렌드가 파우치형으로 가고 있었고, 삼성SDI의 주력 전기차 폼팩터였던 각형이 중국 CATL과 같은 거대 경쟁자와의 직접적 경쟁에 노출되어 있었기 때문입니다.

향후 46파이 원통형 배터리 시장과 중국을 배제한 각형 시장이 미국과 유럽에서 열리게 되면 이러한 수혜를 삼성SDI가 크게 받을 수 있기 때문입니다.
실제로 최근 1년간 미국을 중심으로 삼성SDI의 배터리 투자계획이 가장 활발하게 이뤄지고 있음을 확인해 볼 수 있습니다.

전기차 시장의 성장이 시장의 기대에 미치지 못하면서 2차전지에 대한 시장의 관심도 줄어들고 있지만 이 가운데서 매우 큰 트렌드의 변화가 이뤄지고 있습니다. 이러한 트렌드의 변화를 감지하고 대응한 다면 좋은 투자결과로 이어질 것으로 보고 있습니다.

변화는 기회를 뜻하기 때문에, SK그룹의 배터리투자 축소가 악재가 아니고 새로운 기회로 이어질 수도 있다는 점을 생각해보면 좋을 듯합니다.

※ 주요 기사 정리 #3. (2024. 06. 24. – 2024. 06. 30)

● BMW, 노스볼트 배터리 주문 최소

https://n.news.naver.com/mnews/article/029/0002882697?sid=101

배터리는 정밀화학(Fine Chemicals Industry)을 바탕으로 매우 민감한 소재를 다루기 때문에 양산이 매우 어려운 산업입니다.
R&D단에서 성공한 기술이 양산단계로 접어들면 수많은 문제점을 발생시키며 적자가 누적되어 사업을 지속하기 어렵게 만드는 경우가 많습니다. 때문에 시행착오를 충분히 겪어 보지 못한 신규업체들이 배터리 산업에서 자리를 잡기 어렵습니다.

LG에너지솔루션도 폴란드에서 수율을 잡기 위해 3년 이상을 고생하였고, SK온도 아직까지 유럽 헝가리 공장에서 수율을 잡는데 고생을 하고 있는 상황입니다.

업력이 오래된 기존 업체들도 수율을 잡기 위해 수많은 어려움을 겪는데, 신생업체들의 경우 그 정도는 심하면 심했지 덜하지는 않을 것입니다.

때문에 미국의 리비안이 배터리 내재화를 포기하였고, 테슬라도 내재화에서 서서히 발을 빼는 모습을 보이는 것으로 보여집니다.
유럽의 신생 배터리 업체들 노스볼트, ACC, 베르코어 등도 계획보다 배터리 양산이 늦어지는 이유도 이와 같다고 추정해 볼 수 있습니다.

중국의 경우, 국가가 보조금을 통해 손실을 최대한 보상을 해주는 구조를 지니고 있어 수율이 나오지 않더라도 계속 생산을 지속하면서 수율을 높이는 방법을 사용해 왔고 이를 통해 상대적으로 빠르게 양산성을 맞춰나갈 수 있었습니다.
이 부분도 중국 내에서는 가능했을 지 모르지만, 해외에서 배터리 공장을 운영할 때 과연 현지 인력과 인프라 환경 등을 고려했을 때 가능할지 의문이 있습니다.
실제로 유럽에 진출한 중국 배터리업체들의 공장이 높은 생산성으로 돌아가고 있다는 얘기는 아직까지 듣고 있지 못합니다.
오히려 유럽에 진출한 중국 배터리업체인 S-VOLT는 유럽에서의 배터리 생산 계획을 철회하였고, CATL도 규모를 축소하고 있는 상황입니다.
자본력을 바탕으로 규모의 경제를 추구하는 중국 업체들이 유럽지역에서의 배터리 생산계획을 철회, 축소하는 이유를 생각해봐야 할 것입니다.

중국을 제외한 타 업체들은 손해를 보면서 배터리를 생산할 수 없기 때문에, 수율이 나오지 않으면 사업을 지속하기 어렵습니다. 특히 유럽 신생업체들은 이러한 압박이 더 심할 수밖에 없습니다.

소재를 포함하여 배터리 산업은 기술도 중요하지만 고객의 요구사항에 맞는 품질을 합리적인 가격에 대량생산할 수 있느냐가 핵심인 사업입니다.

이미 유럽과 미국과 같은 해외에서 충분한 시행착오를 거치며 양산에 성공한 한국 배터리 및 소재업체들의 경쟁 우위는 앞으로도 계속될 가능성이 높으며, 중국 산 배터리에 대한 유럽과 미국의 규제가 강화될수록 한국 업체들의 경쟁력 우위는 더 높아질 것으로 보여집니다.

테슬라의 배터리 내재화계획 후퇴와 리비안의 배터리 내재화 철회를 비롯하여 여러 유럽 신생 배터리업체들이 아직까지도 배터리 양산소식이 들려오지 않는 것에서 알 수 있듯 배터리 산업은 진입 난이도가 매우 높은 산업입니다.

기술개발(R&D)도 쉽지 않지만 특히 양산이 어려운 산업으로 신규업체들은 배터리 개발에 성공하였다고 해도 양산과정에서 발생하는 수많은 문제점으로 적자가 누적되며 사업을 지속하기 어려운 환경에 처할 가능성이 높습니다.

테슬라도 현재 이러한 과정을 겪고 있다, 최근 배터리 전극 외주화 및 외주물량 확대로 방향을 전환하는 것으로 보이며, 자원을 자율주행과 AI에 집중하려는 것으로 보여집니다.

글로벌 배터리업계는 상위 6개업체(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온, 파나소닉, CATL, BYD)로 재편될 것으로 보이며, 신규업체들의 설자리는 계속해서 줄어들 것입니다.

배터리와 마찬가지로 소재산업도 업력과 고객사와의 협력 경험(레퍼런스)이 중요한데, 기존 업체들은 오랜 기간에 걸쳐 다양한 사건사고를 겪으면서 노하우를 체득하고 이를 메뉴얼화하여 실시간 대응이 가능하지만 신규업체들은 아직 경험이 부족하여 즉각적인 문제 대처능력이 떨어질 수밖에 없습니다.

장기적으로 소재업체들도 규모의경제와 원가경쟁력을 확보한 소수의 업체들로 재편될 것으로 보이며, 레퍼런스와 수직계열화, 대규모 CAPA 및 원가경쟁력, R&D 능력을 확보하지 못한 신규업체들은 장기적으로 2차전지 생태계에서 살아남기 어려울 것으로 보여집니다.


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※ 배터리 양산이 어려운 이유.

1. 양산단계에서 변수가 너무나 많음.
2005 – 2007년 엘지에너지솔루션(당시 엘지화학)이 양산라인 문제가 있었고, 이를 해결하기 위해 문제점을 찾았는데 약 200개가 넘는 문제점이 발견되었음.
절반이 R&D 과정에서의 문제점, 나머지 절반이 생산현장에서 나오는 문제점이었음.

신규 업체들의 경우 배터리 개발만 하면 양산은 따라오는 것이라고 생각하는 경우가 많은데, 양산과정에서 발생하는 수많은 문제점이 발생함. 이 하나하나의 문제점을 해결하는 것이 기업의 노하우임.

신규업체들이 사업에 뛰어들거나 또는 기존업체라도 무리한 확장을 하는 경우, 여러 부분별 인력부족문제를 비롯한 수많은 문제점이 발생할 수밖에 없음.


2. 고객사(완성차 메이커)마다 배터리에서 요구하는 스펙이 다름.
성능, 안전기준, 품질관리 수준이 다 다르기 때문에 고객사에 맞춰 테스트단계에서부터 디테일한 조정이 들어가는데 신규업체들은 이 단계에서부터 많은 난관에 봉착할 수 있음.

신규업체가 양산까지 성공하는 과정은 매우 매우 어려운 과정이 필요함.


3. 양산 문제에 대한 예.

(1) 안정성 중점을 두고 배터리를 설계하게 되면 에너지밀도가 제한이 될 수 밖에 없음.
개발자는 마진율을 높이는 방향을 추구하고, 마진율을 높이는 방향으로 생산을 하면 수율이 나빠질 가능성이 높음. 이는 모든 배터리업체들이 항상 겪을 수밖에 없는 문제임.

(2) 각 공정의 설비들 마다 공정능력지수인 CPK값이 시간대별로 변화가 있어 CPK값을 시간대별로 조정을 해줘야 함. 시간에 따라 제대로 조정이 되지 않으면 양품이 생산되지 못함.


● 라인관리

라인 당 약 10 - 15명의 관리인원이 필요함. (파우치 조립라인 기준)
최신 배터리 생산시설은(북미 기준) 10 – 20개 라인이 있는데, 이럴 경우 약 200명 정도의 관리인원이 필요함.
이전에는 6 – 7개 라인. (100명이내)

기존 업체들은 오랜 경험을 토대로 여러 기술들이 표준화되어 있어 보다 빠르게 배터리를 개발할 수가 있으며 이는 신규업체와의 차이를 계속 확대시키는 요소임.


● 공정별 특징 및 전극공정의 중요성

배터리 품질을 좌우하는 공정은 전극 공정임.
전극공정은 매우 디테일하게 다뤄야 하는 공정임.
믹싱부문에서는 혼련(잘 섞이는 것), 층분리 등을 잘 컨트롤 하는 것이 중요.
가장 중요한 부분은 코팅공정에서 전체 광폭면(1.2m 이상) 일정한 두께로 코팅하는 것.
롤프레스 공정도 압연을 얼마나 밀도있고 균일하게 해주는 것도 중요함.

조립공정은 파티클 관리 등이 중요한 공정임.
활성화 공정은 셀 성능에 맞는 품질을 컨트롤 해주는 게 중요함. 각 셀 모델별로 활성화 조건이 다름.


● LG에너지솔루션과 중국 배터리산업

중국 배터리 업체들이 LG에너지솔루션이 중국 배터리업체들의 사관학교다 라는 얘기를 많이들 하였음. 중국 업체들의 인력은 LG에너지솔루션에서 나온 사람들이 많음.

초기 LG에너지솔루션 난징 공장은 전극공정 라인이 없었고, 오창에서 전극을 중국으로 보내주었음.
2015년 이후 3공장부터 전극공장을 중국에 설치하기 시작하였음.
중국 공장이 커지면서 많은 인력들이 중국에서 체류하게 되면서, 중국에 R&D센터도 만들게 되었음.

각형 배터리는 중국 배터리업체들도 상당한 노하우를 가지고 있음.


● 양산을 위한 기간 및 스마트팩토리의 어려움

R&D를 완료한 신규 배터리업체가 양산라인을 만들 때까지 최소 3 - 4년의 시간이 필요하다고 보고 있음.
이후 고객사의 요구조건에 맞고, 시행착오를 겪으면서 양품을 양산하는 것은 4년 + 알파의 시간이 필요함.
알파의 시간은 고객사들과의 협업과 시스템에 의해서 결정될 것임.


스마트팩토리가 기대만큼 안되는 이유는 글로벌적으로 포진해 있는 다양한 생산시설들의 장비 및 설비 납품업체들이 각기 다르고 공장마다의 작업조건이 다르기 때문에 스마트팩토리화 할 때 애로사항을 겪고 있음.
스마트팩토리를 위한 파라미터 세팅의 난이도가 매우 높음.


● 매뉴얼화(경험)의 중요성

가장 최신 공장인 노스볼트 공장에서 2023년 말 폭발사고가 발생하여 인명사고가 있었음.
전극에서 집진기 필터를 교체하다가 사고가 발생하였음.
조립공정에서도 용접시 흄가스가 발생하고 이를 잘 포집하고 이를 처리하는 문제 등에서도 다양한 사고가 발생할 수 있음.
한국 기업들도 이전에 이런 사고들을 겪었으며, 신생업체들의 경우 이러한 사고들을 겪을 가능성이 높음.

기존 업체들은 이미 다양한 사건사고를 통해 매뉴얼화가 되어 있음.

LG에너지솔루션이 이런 부분에서 매우 앞서 있음.
BYD도 관리 수준이 높은 편임.
중국 탑티어 업체들(CATL, BYD)은 관리 수준이 높은 데 반해 그 외 업체들은 관리 수준이 느슨한 편임.

https://www.youtube.com/watch?v=XeBSWYSwY84&t=115s

※ 주요 기사 정리 #4. (2024. 06. 24. – 2024. 06. 30)

● LG에너지솔루션, 미국 ESS용 공장 건설 잠정 중단

https://n.news.naver.com/mnews/article/015/0005003151?sid=101

LG에너지솔루션은 미국 애리조나주 퀸크릭에 짓고 있는 ESS용 파우치형 LFP배터리 17Gwh 생산시설의 건설을 잠정 중단하였습니다.
함께 진행 중이던 4680 원통형 배터리 공장(36Gwh)은 예정대로 2026년을 목표로 건설될 예정입니다.

LG엔솔의 애리조나 ESS용 LFP배터리 생산시설 건설 잠정보류는 LG에너지솔루션의 ESS사업 축소가 아닌 글로벌 생산시설의 재조정 의사결정 과정에서 나온 것으로 추정됩니다.

현재 전기차의 성장이 예측보다 다소 더디게 진행되고 있고, LG에너지솔루션의 기존 혹은 예정 된 글로벌 배터리 생산시설의 여유공간을 우선 활용하는 방안을 고려 중인 것으로 보여집니다.

예를 들면, 중국 난징 공장의 일부 전가차용 배터리 라인(NCM 미드니켈 라인)을 ESS용 LFP배터리 라인으로 전환하는 것과 같이, 기존 전기차 배터리 시설의 일부 라인을 ESS용 라인으로 전환하거나 예정된 신규 생산시설의 일부 라인을 ESS용 라인을 설치하는 방법 등입니다.
(예, 6개 라인 중 2개라인을 원통형, 2개 라인을 파우치형, 2개 라인을 ESS용 등)

또한 미국 대선도 일부 영향을 주고 있는 것으로 보여지는데, 미 대선 이후 배터리 생산시설들에 대한 운영 계획이 확정될 듯 보여지며 이 과정에서 원통형, 파우치형, 각형, ESS용 LFP 라인 등이 구체화 될 것으로 보여집니다.
예를 들어, 중국에 대한 미국과 유럽의 견제가 더 강해지면 미국이나 유럽에서의 ESS 라인을 증설하고, 만약 대중 견제가 생각보다 덜하다면 중국에서의 LFP 생산라인을 확대시키는 등의 다양한 전략을 고민 중일 것으로 예정됩니다.

이번 LG엔솔의 미국 애리조나 ESS 생산시설 건설 보류결정은 미국 대선과 글로벌 생산시설 재분배 등을 고려한 조치로 보여지며, LG엔솔이 미국에서 ESS 사업을 축소한다는 의미는 아닌 것으로 보여집니다. 언제나 그렇듯 다시 전기차 시장이 예상보다 빠르게 성장할 조짐이 보여지는 등 상황이 변하면 LG에너지 솔루션의 투자계획도 그에 맞춰 변화할 것으로 보여집니다.