엔켐/광무 : 규모의 경제, 수직계열화를 통한 원가경쟁력 (IRA 법안 엔켐 수직계열화의 가속화)


중국 화경연구소가 2022년에 발표한 자료에 따르면, 배터리 4대 소재 중 전해액의 중국 점유율이 71.1%로 타 소재 대비 가장 높고, 한중일 3개국 중 한국의 점유율이 8.1%로 가장 낮음.


중국 업체들의 핵심 경쟁력은 규모의 경제와 수직계열화를 통한 원가 경쟁력


국내 기업 중 엔켐 만이 빠른 Capa 증설 계획과 중국 업체들과의 JV설립 등을 통해 부분적으로 수직계열화를 이루고자 노력해 왔음


여타 소재업체들의 경우, 중국업체들이 미국과 FTA를 맺은 국가에 진출하거나 합작회사 등의 방식을 통해 우회하는 방법도 어느 정도 가능하나 전해액은 이러한 중국업체들의 우회 가능성 조차 차단


장기 바인딩 계약이 되려면, 기본적으로 공급자 우선시장이어야 하며 원자재의 가격 변동으로 인해 이익률의 변화가 큰 영향을 받아야 함.


IRA를 통하여 미국에 진출한 다른 소재들(전해액, 분리막)도 양극재와 유사한 바인딩 계약이 나올 수 있다고 보고 있음.


엔켐이 테슬라향 인산철배터리 전해액 납품에 성공한다면, 엔켐의 북미 생산 capa는 계획되어져 있던 30만톤 이상을 크게 상회할 것


엔켐은 현재 CATL, Lishen 및 중국의 여러 로컬 배터리 업체들에게 전해액을 공급(혹은 예정)하고 있어 국내 전해액 업체 중 인산철배터리용 전해액 대응 가능성이 높은 업체


광물 제련, 전구체, 수산화리튬 정제, 리튬염, 음극재, 전해액 첨가제 등과 같은 경우, 중국업체들의 경쟁력이 한국업체들 보다 높기 때문에 한국업체들은 앞서 있는 중국업체들을 통해 기술 및 공정 노하우를 습득해야 함. 미국으로의 직접 진출이 막힌 중국 소재업체들도 우회로를 찾아야 하기 때문에 한국 업체들과의 JV나 협력은 서로의 이해관계가 일치


엔켐은 상대적으로 부족한 리튬염 및 첨가제분야에서 앞선 기술력을 지닌 중국업체들과의 협력을 통해 빠르게 관련 기술을 고도화 시키고자 할 것으로 예상

광무나 중앙디앤엠, 한창과 같은 업체들과 함께 협력함으로써 엔켐이 추구하는 전해액 밸류체인 완성을 이루고자 하는 전략을 수립한 것으로 보임.


리튬염 생산은 중국을 중심으로 이뤄지고 있는데, IRA에 따른 공급망 리스크를 최소화 하기 위해 엔켐은 발빠르게 국내생산을 발표하였고, 부족한 LiPF6 생산 기술을 DFD를 통해 해결


IRA로 인하여 엔켐은 첨가제를 중국외 지역에서 소싱이 필요한 상황이 되었고, 리튬염과 비슷한 방식으로 국내에서 필요한 수요를 충족


검증된 공정기술과 다양한 첨가제 기술을 가지고 있는 중국업체들과 협력한다면, 이러한 광무의 첨가제 사업에 대한 고민을 일거에 해소시킬 수 있는 매우 좋은 기회가 될 것



4대 소재의 한중일 점유율을 보면, 전해액과 음극재의 한국 점유율이 매우 낮은 것을 알 수 있습니다.
전해액은 중국 기업들이 규모의 경제와 수직계열화를 통해 글로벌 전해액 시장을 장악해 왔었고, 음극재는 국내 기업들이 원소재가 되는 코크스 제조에 대한 원천기술이 없어 음극재를 중국과 일본에 의존했기 때문으로 보여집니다.

4대 소재 중 양극재는 3원계 양극활물질 기술 경쟁력을 바탕으로 시장 점유율을 유지하면서 글로벌 배터리 시장의 성장률에 비례하여 빠르게 성장해 왔었으나, 전해액, 음극재, 분리막 등은 중국 기업과의 경쟁력 열세로 인해 제대로 된 성장을 해오지 못했습니다.

그 결과 양극재 업체들의 주가가 상대적으로 강하였습니다.

그러나 IRA 이후 양극재 외 소재들도 향후 빠른 성장을 보여줄 것으로 기대되고 있는데, 최근 양극재 체인에서 중국 의존도가 심했던 전구체 관련 업체(코스모신소재, 에코프로 등)의 주가가 특히 좋은 모습을 보여주고 있는 것도 중국 의존도가 심했던 전구체의 성장이 향후 양극재를 넘어설 것이라는 기대감이 반영된 것으로 보여집니다.

같은 관점에서 중국에 대한 의존도가 높았던 전해액, 음극재, 분리막 등의 소재들에 대한 시장 관심도 더 높아질 것으로 생각됩니다.

IRA로 인하여 중국 소재업체들의 직접적인 미국 진출이 어려워졌기 때문에, 중국 업체들은 한국과 같은 FTA 체결국을 통해 우회전략을 취하고 있으며, 지금 상황에서 중국을 완전히 공급망에서 배제할 수 없다는 것을 알고 있는 미국도 중국업체들의 합작회사 설립, 지분투자 등을 통한 우회를 일정 부분 용인하고 있는 것으로 보여집니다.

특히 한국 소재업체들이 지금 바로 중국을 대체하기 어려운 광물 제련 및 전구체, 리튬염, 전해액 첨가제, 음극재 등과 같은 산업은 일정부분 중국과의 협력을 통해 국내 업체들의 경쟁력을 먼저 확보하는 방향으로 가는 것으로 보여집니다.

광물 제련, 전구체, 수산화리튬 정제, 리튬염, 음극재, 전해액 첨가제 등과 같은 경우, 중국업체들의 경쟁력이 한국업체들 보다 높기 때문에 한국업체들은 앞서 있는 중국업체들을 통해 기술 및 공정 노하우를 습득해야 하고,
미국으로의 직접 진출이 막힌 중국 소재업체들도 우회로를 찾아야 하기 때문에 한국 업체들과의 JV나 협력은 서로의 이해관계가 일치한다고 볼 수 있습니다.


이러한 이유로 LG화학, 포스코, SK온, 에코프로와 같은 대기업들은 각자의 상황에 따라 중국 업체들과 국내에 소재생산시설 건설을 추진 중에 있습니다.

엔켐의 재무적 투자자(FI)였던 브라만피에스창인과 아르케피에스창인이 보유했던 주식 335만 4000주가의 블록딜이 이뤄짐에 따라, 오정강 대표를 포함한 대주주측의 엔켐 지분율이 30.12%(메리츠캐피탈 주식양도 대출 3.08%포함)가 되었으며, 희석물량을 감안하면 35.19%가 되었습니다.

이에 따라 오정강 대표의 엔켐 지배력은 안정화된 것으로 보여집니다. 오정강 대표가 엔켐의 실질적 오너였으나 지금까지 이연제약의 브라만/아르케 피에스창인이 표면상 대주주의 지위를 차지하고 있었기 때문에 자유로운 경영활동에 다소 제약이 따랐던 것은 사실이었습니다.

주가적 측면으로 봤을 때, 오정강 대표가 우선매수청구권을 지니고 있었던 브라만/아르케의 지분으로 인해서 주가가 구조적으로 상승하는데 제약을 받고 있었던 것으로 시장은 의심하고 있었는데(오정강 대표가 브라만/아르케 지분을 싸게 인수하기 위해서 의도적으로 주가를 누르고 있다는 의혹), 이번 블록딜로 인하여 이러한 시장의 우려도 해소될 것으로 기대됩니다.

다만, 이번 블록딜에서 오정강 대표의 1,200,000주는 콜옵션으로 행사된 것이며, 이전 발행되었던 CB/BW와 RCPS에 대한 콜옵션(1,735,185주)으로 인해 오정강 대표는 약 2,000억 이상의 자금을 다양한 방식을 통해 마련해야 할 것으로 보여집니다.


https://www.thebell.co.kr/free/content/ArticleView.asp?key=202304121018567680101459

엔켐 오정강 대표는 이번 브라만/아르케피에스 창인 지분 블록딜로 인하여 총 2,935,185주의 주식 및 CB, RCPS에 대한 콜옵션 행사 가능 주식을 확보하였습니다.

이들 콜옵션 주식들은 오정강 대표의 엔켐 안정적 지분권 확보의 핵심이라 할 수 있습니다.

오정강 대표는 이들 콜옵션을 행사하기 위해 약 2,000억의 자금이 필요할 것이며, 다양한 방법들을 통하여 2,000억의 자금을 확보하고자 할 것으로 보여집니다.

기본적으로 엔켐의 주가를 높여 오정강 대표가 보유하고 있는 주식들의 가치 상승을 통해 주식담보대출을 이용할 수도 있고, 오정강 대표의 개인 업체인 와이어트그룹이나 광무, 중앙디앤엠, 한창과 같은 연관 상장사들을 이용할 수도 있다고 추측됩니다.

이번 브라만, 아르케 지분에 대한 블록딜이 중요한 이유는 지금까지 엔켐의 주가 상승에 걸림돌이 되었던 커다란 장애물 하나가 해소된 것으로, 향후 엔켐 주가에 긍정적으로 작용할 것으로 보여집니다. 엔켐이 지금까지 시장에서 제대로 가치를 평가받지 못해 왔던 이유도 대주주의 이해관계가 어느정도 작용했다고 보여지는데,
앞으로는 업황과 성장성에 따라 엔켐의 가치가 시장에 바로 반영될 수 있을 것으로 기대됩니다.

2022년 기준 엔켐의 글로벌 시장 점유율은 중국의 Tinci, Capchem, GRHR(궈타이화롱)에 이어 4위입니다. 2023년에 1조 이상 매출로 글로벌 3위를 차지할 것으로 회사는 예상하고 있습니다.

여기서 더 나아가, 엔켐은 2025년 글로벌 시장점유율 2위, 2029년 1위를 목표로 하고 있습니다. 중국 시장 중심으로 성장해왔던 배터리 시장이 앞으로 미국과 유럽 중심으로 성장할 것이고 특히 중국업체들의 미국 시장 진출이 사실상 어려운 상황에서, 엔켐의 글로벌 1위 목표는 실현 가능한 목표로 보여집니다.


“이에 따라 엔켐은 ▲미시건주 6만톤 ▲켄터키주 4만톤 ▲테네시주 4만톤 ▲오하이오주 2만톤 등 미국 내 생산기지 4곳을 추가하기로 했다. 오는 2026년이면 미국에서만 30만톤 전해액 생산능력(캐파)을 확보하게 된다.

최근 기자와 만난 유재성 엔켐 부사장은 “(IRA 발표로) 미국 캐파를 예정보다 더 늘릴 수 있다”고 밝혔다.

유럽과 중국 등에서도 캐파 증대가 한창이다. 올해 헝가리와 튀르키예에 각각 4만톤 규모 공장을 착공할 계획이다. 중국에서는 기존 후저우(2만톤)에 이어 장가항(4만톤) 공장이 건설된다.” (디지털데일리 기사 내용 중)

엔켐은 2026년까지 30만톤 이상의 전해액을 미국에서 생산할 예정이며, 내부적으로는 현재 미국에서의 증설 Capa를 기존 계획인 30만톤보다 더 늘릴 수 있다고 보고 있습니다.


https://n.news.naver.com/article/138/0002146527?sid=105

다른 종목에 비해, 삼천당제약에 대한 비우호적 기사들이 많이 나오는 편이며, 공교롭게 기사가 나오는 시점에 공매도 비율도 함께 높아지는 모습이 보여 흥미롭습니다.

오늘도 공매도 비율이 다시 상승하면서, 삼천당제약에 대한 비우호적 기사들이 나와 이전 기사시점과 공매도 추이를 비교해보았습니다.


2023. 04. 18. “삼천당제약이 꼽은 아일리아 시밀러 핵심경쟁력, 업계는 갸우뚱” (이데일리, 송영두 기자)
https://n.news.naver.com/mnews/article/018/0005466169?sid=101

2023. 04. 18. “1년간 주가 150% 폭등 삼천당제약, 사라진 1등 출시 가능성” (이데일리, 송영두 기자)
https://n.news.naver.com/article/018/0005466158?sid=101

2023. 04. 11. “삼천당제약, 경구용 인슐린 임상 감감무소식” (NBN, 박종헌 기자)
https://www.nbntv.kr/news/articleView.html?idxno=69725

2023. 03. 09. “삼천당제약 가계약 공시 정정 논란, 거래소 공시 기준 또 도마” (한국경제, 김유림 기자)
https://www.hankyung.com/it/article/202303085411i

2022. 12. 02. “삼천당제약, 본 계약 체결이 아닌 텀싯, 투자자 유의할 점은” (이데일리, 김유림 기자)
https://n.news.naver.com/mnews/article/018/0005379480?sid=

보도를 통해 엔켐은 북미 전기차 업체(테슬라 추정)와 전해액 공급을 위한 MOU를 체결할 것이며, 테슬라의 기가팩토리가 있는 텍사스에 전해액 공장을 건설할 계획임을 밝혔습니다.

엔켐은 2025년까지 약 30만톤 이상의 전해액을 미국에서 생산할 계획을 가지고 있었는데, 이번 텍사스 공장의 추가로 향후 미국 내에서 생산할 전해액의 규모는 크게 늘어날 것으로 예상됩니다.

얼마전 테슬라는 마스터플랜3을 발표하면서, 롱레인지와 고급형 모델에는 하이니켈 배터리를 탑재하고, 중저가 차량이나 버스, 주행거리가 짧은 트럭 등은 인산철(LFP)배터리를 탑재할 예정이라고 밝혔는데, 향후 테슬라가 생산할 8,900만대의 EV 중 6,800만대의 차량에 인산철배터리를 탑재할 계획입니다.

알려진 바와 같이 인산철배터리는 하이니켈 배터리 대비 전해액을 약 2배(하이니켈 배터리는 1Gw 당 약 600 – 700톤, 인산철배터리는 1Gw 당 약 1,200 – 1,300톤의 전해액을 사용) 더 많이 사용하기 때문에, 엔켐의 테슬라 납품으로 엔켐의 생산 Capa는 기존 보다 크게 늘어날 것으로 예상됩니다.

엔켐은 IRA로 인한 수혜가 타 소재업체 대비 클 것이며, 급격히 커지는 전해액 생산 capa를 안정적으로 관리하기 위해 향후 수직계열화에 더욱 더 힘을 쏟을 것으로 보여집니다.

엔켐의 빠른 성장은, 전해액 첨가제와 리튬염 유통을 담당할 광무와 리튬염(LiPF6)의 생산의 한 축을 맡을 중앙디앤엠 등 관련업체들에게도 수혜로 작용할 것이며, 엔켐 뿐 아니라 이들 업체들에 대한 관심도 필요해 보입니다.

https://m.etnews.com/20230418000247?obj=Tzo4OiJzdGRDbGFzcyI6Mjp7czo3OiJyZWZlcmVyIjtOO3M6NzoiZm9yd2FyZCI7czoxMzoid2ViIHRvIG1vYmlsZSI7fQ%3D%3D

지난 23년 1월, Volta Foundation이 발간한 “The Battery Report 2022” 내용 중, 배터리 서플라이 체인을 보면 엔켐이 대부분의 글로벌 배터리 셀 업체에 납품하고 있는 것을 확인해 볼 수 있습니다.

엔켐의 주요 글로벌 고객사는 중국의 CATL, Guoxuan, 한국의 LG엔솔, SK온 그리고 일본의 파나소닉 등이 있습니다.
다만 위 표에 표기된 삼성SDI는 현재 엔켐이 납품 트라이하고 있지 구체적으로 납품을 진행 중에 있지는 않습니다.
그 외 엔켐이 고객사로 표기되어 있지 않은 BYD, CALB(China Aviation Lithium Battery) 중 BYD도 현재 납품을 추진 중에 있는 것으로 알고 있으며,

전해액 외, 다른 소재를 보면 음극재의 경우 국내 업체를 이용하는 배터리 소재 업체가 없음을 알 수 있으며, 향후 IRA를 위해 국내 음극재 관련 업체들의 성장이 필요해 보입니다.

리튬이온배터리의 음극재는 주로 인조흑연과 천연흑연으로 구분되며, 인조흑연의 원료는 주로
석유계와 석탄계 침상 코크스임.

고품질의 석유코크스는 열팽창계수가 낮고, 빈공간이 적으며, 황 및 회분(灰分), 금속 함량이 적고,
전도성이 높으며, 흑연화가 용이한 장점을 가지고 있어, 리튬이온배터리의 음극재료로 적합함.

흑연 음극재 제조과정은 입자 크기를 정제, 분쇄 및 차폐하여 흑연화하고 표면처리 과정을
거쳐야 함.
전체 제조 공정이 길고, 각 과정에 따라 최종 제품에 끼치는 영향이 큼.

예를 들면, 온도에 따라 탄소 물질 구조 매커니즘이 변하며, 음극의 특성과 탄소 물질 구조 사이의 관계에 따라
음극재의 퀄리티가 달라짐.

고품질 페트로 코크스 제조 시 온도가 성능에 미치는 영향
페트로 코크스의 후열 처리는 하소와 고온 흑연화의 두 단계로 나눌 수 있음.
하소는 1,500도 이하의 공정을 의미하며, 고온 흑연화는 3,000도에 가까운 고온처리 공정을 의미

코크스 제조 과정에서 생성된 고품질의 페트로 코크스는 노(furnace)에서 소성되고, 수분과 휘발성 물질이
대부분 제거되어 운송 및 보관이 용이해짐.
흑연화 과정에서 온도는 페트로 코크스의 품질을 결정하는 핵심임.
700 - 1000도 범위내에서 온도가 높을 수록 흑연층 간격이 작아지고, 구조가 견고해지는데 이 때 코크스를
소프트 카본(soft carbon)이라고 부름.
이 온도에서 만들어진 흑연의 첫번째 정전용량(capacitance, 전위차)은 흑연의 이론 정전용량인
372 MAH/g보다 높지만 안정적인 충방전 전위를 얻기 어렵고 침상 페트로고크스로 이뤄진 리튬이온전지용
음극재료의 순환 불량이 발생

최대 탄화온도를 2800도까지 확대하여 열처리 하였을 때, 흑연 미세결정 구조의 변화율 및 전기화학적 특성을
연구하였는데, 2,800도에서 처리된 침상 페트로 코크스 물질이 순수 흑연에 가깝다고 지적하였음.
배터리 충방전 실험 결과, 물질의 안정적 리튬 embedding 용량이 300 MAH/g에 도달할 수 있으며, 안정적인
충방전을 할 수 있는 구조를 가지고 있음을 확인하였음.
온도에 따른 흑연 미세 결정구조는 소프트 카본 구조에 따라 달라짐.

흑연화된 침상 페트로 코크스와 아스팔트 코크스를 비교해보면,
40회 충방전 이후 흑연화된 페트로 침상 코크스의 리튬 함량은 301mah/g으로 안정한 반면 아스팔트 침상코크스는
204mah/g에 불과함을 확인할 수 있었음.
침상 페트로 코크스의 원료가 더 정제되어 있고, 더 넓은 중간단계의 공간을 지니고 있기 때문임.
또한 침상 페트로 코크스는 더 흑연화 시키기가 쉬움.

흑연화를 위한 온도가 소재의 특성에 미치는 영향은 소재 자체의 구조와도 관련이 있음.

품질이 좋지 못한 코크스는 고온에서도 결정화 상태가 좋지 못하여 음극재로서의 성능이 떨어지게 됨
고품질의 페트로 코크스는 고온에서 내부 구조가 일정하며, 흑연화가 용이하여 음극의 용량을 증가시킬 수
있으며 사이클 효율이 향상됨.
흑연화 정도가 높은 탄소 소재는 고용량이며 안정적인 충방전을 할 수 있는 구조를 지니고 있지만, 사이클 성능
및 저온 성능은 열악한 단점을 가지고 있음.

리튬이온이 흑연 층으로 들어오고, 시트층의 흑연이 화합물을 형성하며 흑연층이 팽창하게 되고, 리튬이온이 빠져나가면 흑연이 원래 형태로 복원되는데, 팽창과 수축이 반복되는 과정에서 흑연층 구조가 파괴되기 쉬우며 그로 인해 용매의 혼입을 유발하여 음극의 사이클 성능을 저하시킬 수 있음.
이 때문에 일정한 구조 강도를 유지(미세 결정과 미세 결정 사이의 비정질 구조가 필요)하기 위해서는 고품질의 페트로 코크스 및 다른 탄소 재료의 흑연화 정도를 적절히 제어해야 함.

리튬이온 배터리 양극재로서의 소프트 카본

고성능 리튬이온 배터리의 음극재료는 일반 리튬이온 배터리와 다르기 때문에 충전 시간 단축을 위해 더 높은 성능, 우수한 저온 성능, 안정성 등이 필요하며, 배터리의 부피를 줄이기 위해 높은 에너지 밀도를 필요로 함.

이러한 문제를 페트로 코크스를 이용한 소프트 카본을 사용하여 용량과 사이클 안정성을 크게 향상시킬 수 있음.
소프트 카본의 장점은 상온 및 저온 충전성능이 좋고, 기존 흑연 음극재에 소프트 카본을 첨가(20%)하여 저온 충전 효율과 사이클 수명을 개선시킬 수 있음.
나노 코팅, 전도성 탄소 코팅을 통해 소프트 카본을 개량하면 더 우수한 사이클 성능 및 쿨롬(coulomb ; 전기 전하량) 효율을 달성할 수 있음.

나트륨전지 음극재로도 소프트 카본이 사용되고 있는데, 이는 고온 흑연화 이후 일반 코크스 보다 용량 및 사이클 안정성이 더 우수하기 때문임.
프리 리튬화 된 소프트 카본은 용량 및 사이클 안정성이 향상되어 나트륨 전지에 더 적합한 잠재력을 지니게 됨.

결론 및 전망

페트로 코크스는 S, O 및 heteroatoms의 함량이 낮아 리튬이온전지의 음극재로 적합하고 흑연화가 용이하며, 적절한 입자 분포와 작은 표면적을 구현할 수 있음.
페트로 코크스를 통해 하소 된 고품질의 소프트 카본 소재는 저온 및 에너지 용량에 있어 우수한 성능을 보여 고용량 배터리의 음극재료로 적합하지만, 충방전 사이클 및 안정성 문제는 해결해야 하는 문제임.

고품질의 페트로 코크스의 내부 구조는 하소 및 흑연화에 의해 변경 될 수 있으며, 음극 소재로서의 전기화학적 특성이 변경될 수 있기 때문에, 충방전 사이클 및 안정성과 같은 문제를 여타 소재들을 활용함으로써 개선할 수 있음.

향후 페트로 코크스의 음극재 개발 동향은 3가지가 될 것임.
1. 코크스의 구조와 그로인한 영향을 이해하고, 고용량과 같은 목적에 맞는 성능을 구현해야 함.
2. 새로운 복합 코크스 음극 재료의 개발 및 상용화
3. 페트로 코크스 음극재 개발을 위해서는 페트로 코크스 기반 탄소 나노 음극재의 대량 제조와 고성능 배터리에 적합한 신규 코크스를 개발하여야 함.


https://www.graphiteflake.com/petroleum-coke-9/

국내 2차전지 소재산업에서 특히 경쟁력이 취약한 분야는 전해액과 음극재 분야인데, 전해액과 음극재는 한국 기업들의 경쟁력이 중국(전해액, 음극재), 일본(음극재) 대비 취약한 상황입니다.

미국 IRA법안에 따라, 중국에 편중된 소재 공급망을 재편해야 하는 상황에서 국내 전해액과 음극재 산업은 전환점에 놓여있으며, 이번 기회를 잘 활용하는 좋은 기업들이 많이 나올 것으로 보여집니다.

양극재의 경우 에코프로비엠, LG화학, 포스코퓨처엠, 엘앤에프, 코스모신소재 등 경쟁력을 갖춘 기업들이 존재하며, 향후 양극재 시장은 이들 기업들 위주로 발전해 나갈 것이며, 밸류체인도 어느정도 구도가 잡혀 있기 때문에 신규 업체들의 진입이 어려울 것으로 보여집니다.

그러나 국내 전해액(첨가제, 전해질 등)과 음극재(코크스, 천연/인조흑연 제조 및 가공 등) 산업은 이제 시작단계에 있는 분야이기 때문에, 아직 시장에 잘 알려지지 않은 경쟁력 있고 성장 잠재력이 우수한 많은 기업들이 존재하고 있다고 보여집니다.

전해액은 엔켐과 같이 빠르게 성장하는 기업이 있고, 이미 두각을 나타내고 있는 반면 음극재는 포스코퓨쳐엠 정도를 제외(포스코퓨처엠도 양극재 사업만 주목을 받고 있음)하고는 음극재 기업에 대한 시장 관심이 많지 않아 보입니다.

개인적으로는 전해액 체인과 음극재 체인에서 향후 주가 상승여력이 높은 여러 기업들이 나올 것으로 보고 있습니다.

※ 상기 이미지는 2023년 1월 Volta Foundation에서 발간된 “The Battery Report 2022”에서 발췌했습니다.

테슬라 4680 배터리의 문제점

2020년 일론 머스트는 4680배터리를 소개하면서, 건식 코팅 공정, 제로코발트, 실리콘 음극재 채택 등을 통해 더 생산비가 저렴하고 기존 2170배터리보다 단위당 에너지 밀도가 높은 배터리를 구현할 것이라고 말하였습니다.

2022년부터 모델Y에 4680 배터리가 적용되기 시작하였는데, 현재 양산되고 있는 테슬라의 4680 배터리는 2020년 머스크가 얘기했던 4680 배터리의 수준에는 미치지 못하고 있다고 샌디먼로는 지적하고 있습니다.

결론적으로 샌디먼로는 테슬라가 4680 양산에 집착하지 않는 게 향후 테슬라의 경쟁력에 더 도움이 될 것이라고 언급하였습니다.

개인적으로도 테슬라의 건식 공정이 하이니켈과 같은 고사양 배터리에 적합하지 않고(대신 ESS용이나 인산철과 같은 저사양 배터리에는 생산비용 하락에 도움이 됨), 공정기술도 기존 배터리 업체 대비 많이 뒤처지기 때문에, LG엔솔이나 SDI, 파나소닉과 같은 기존 배터리 셀 업체로부터 4680 배터리를 공급받는 게 더 경제적이라고 보여집니다.

참고로, LG엔솔은 23년 하반기에 한국 오창에서 4680 생산라인을 오픈할 예정이며, 파나소닉도 일본 와카야마에서 4680 파일럿 라인을 가동 중에 있으며 2024년 5월 양산 예정에 있습니다.

현재 테슬라는 4680을 캘리포니아 프리몬트 공장에서 연간 5만대 분량으로 양산하고 있으나, 에너지 밀도 문제, 열관리 문제, 건식공정 문제 등 공정기술력 부족으로 양산에 어려움을 겪고 있는 상황입니다.
참고로 현재 테슬라의 4680 양산수율은 70%로 낮은 수준이며, 하이니켈, 실리콘 음극재 적용 등 높은 기술력이 요하는 소재기술을 현재 양산되는 4680배터리에 적용하고 있지 못하고 있습니다.


샌디먼로가 지적한 테슬라 4680배터리의 문제점
1) 에너지 밀도
계획되어 있던 4680배터리의 단위당 에너지 밀도는 296 wh/kg으로 2170배터리의 269 wh/kg 보다 더 높은 단위당 에너지 밀도를 구현할 수 있다고 하였으나, 현재 테슬라가 내놓은 4680배터리의 에너지 밀도는 244wh/kg로 오히려 기존 2170배터리보다 낮은 상황임.

2) 생산단가 문제
테슬라는 이번 4680배터리의 채택을 통해 전기차 대당 3,600 달러의 생산단가를 낮출 수 있었다고 말하고 있으나, 이는 테슬라가 셀을 레진(접착제)를 통해 한번에 고정시키는 방법을 사용하여 배터리 팩 부분에서의 제조 비용을 낮췄기 때문임.
그러나 레진을 통해 배터리 팩 전체를 고정시켜버렸기 때문에, 개별 셀에 문제가 발생하여도 배터리 팩 전체를 통으로 교체해야하는 문제점이 발생하였음.
수리편의성을 단가 때문에 희생시켜버린 것.

3) 실리콘 음극재 및 하이니켈을 통한 에너지 밀도 향상
테슬라의 4680배터리에는 기존에 언급하였던 실리콘 음극재 및 하이니켈 적용을 하지 못하였음.
이는 현재 테슬라의 공법으로는 배터리의 열관리가 제대로 되지 못하여 실리콘 음극재나 하이니켈 적용과 같은 높은 기술 수준을 요하는 배터리를 만들 수 없기 때문임.

테슬라의 공정기술이 기존 배터리 업체에 미치지 못하기 때문에, 높은 기술 수준의 배터리 양산에 어려움을 겪고 있음.
(참고로 2023년 현재 테슬라의 4680 양산 수율은 70%대로 LG엔솔이나 SDI의 90%대 대비 매우 낮은 수준임. 70%대의 양산 수율로는 경제성을 확보하기 어려움)

테슬라는 생산비용 절감을 위해 건식공정을 사용하고 있으나, 현재 건식공정 기술은 하이니켈이나 실리콘 음극재와 같은 고에너지 밀도 소재에 적합하지 않음 (대표적으로 수분 문제를 제어하기 어려움)

현재 건식공정의 기술은 ESS용과 같은 저사양 배터리 제조에 더 적합하다고 보여짐.


4) 배터리 가격
앞서 언급했던 바와 같이 현재 4680 배터리의 단위당 에너지 밀도는 244wh/kg로 1kwh 당 코스트는 104달러 수준임. (294kg의 배터리 무게로 71kwh의 배터리 용량을 구현)
이는 2170배터리의 kwh 당 코스트인 130 - 140달러 보다는 낮지만, 인산철배터리의 80달러보다는 높은 가격임.
특히 테슬라는 배터리팩을 레진을 통해 한번에 접착 시키는 방법을 사용하여 코스트를 낮추고 있기 때문에 향후 교체비용 이나 수리 비용 등을 감안하면 4680배터리의 104달러는 결코 낮은 수준이라고 할 수 없음.

샌디먼로의 결론 : 테슬라는 4680배터리와 건식 공정, 실리콘 음극재 적용 등 신기술에 집착하지 말고 4680배터리 개발 및 생산 계획을 철회하고 기존 업체들의 배터리를 사용하는 것이 더 현실적임.


https://medium.com/predict/teslas-revolutionary-4680-has-a-massive-problem-8e89c18a59c8