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[글로벌 배터리 대전 (4)] 건식 전극 공정기술 적용 양산체제 구축이 관건
최봉 산업경제 전문기자
입력 : 2022.06.28 00:30
ㅣ 수정 : 2022.06.28 00:30
[기사요약]
테슬라, 가성비 기반 중국업체에의 외주와 함께 기가팩토리 등 독자 생태계 구축
코로나 팬데믹과 러시아-우크라이나 전쟁으로 배터리 원자재 가격 급등
LFP 배터리는 삼원계 배터리 대비 최대 30% 정도 저렴
현 습식공정을 건식으로 대체할 경우 20% 가까이 추가로 비용절감 예상
선진국 관련 특허 만료에 따라 중국 업체의 글로벌 시장 공략 본격화 예상
21세기 4차 산업혁명 시대에 ‘산업의 쌀’인 반도체와 더불어 배터리는 가장 중요한 품목이다. 단순히 스마트 폰의 전력원을 넘어서 탄소중립을 위한 ESS(에너지저장장치)의 핵심일 뿐만 아니라 향후 UAM(Urban Air Mobility) 등 미래 모빌리티 방향을 이끌 중핵으로 부상하고 있다. 현재 글로벌 배터리 대전에서 선두는 중국의 CATL이다. 한편 기술적으로 앞서 있는 우리나라의 LG에너지솔루션, 삼성SDI 및 SK온 등의 추격을 받고 있어 글로벌 경쟁구도는 중국의 CATL, BYD 등과 우리나라 3사로 압축된다. 그러나 차세대 전고체 배터리 기술에서 앞서 있는 글로벌 3위 파나소닉 등 일본 기업도 배제할 수 없다. CATL을 필두로 국내 3사를 포함하여 세계 주요 기업들이 벌이고 있는 글로벌 배터리 대전의 양상을 살펴보고 우리 기업들의 대응 방향을 모색해 본다. <편집자 주>
[뉴스투데이=곽대종 산업연구원 연구위원] 현재 자동차용 배터리 기술을 주도하고 있는 업체는 테슬라이다.
테슬라는 자동차용 배터리의 스펙과 관련하여 1865, 2170에 이어 4680이라는 원통형 배터리의 규격을 채택하고 있다.
앞의 두 자리 숫자는 원통의 지름(mm), 뒤의 두 자리 숫자는 높이(mm)를 말한다. 즉 원통형 배터리가 점점 대형화되고 있는 것이다.
• 테슬라, 원통형 가성비 높은 LFP(인산철) 배터리를 대형화
또한 테슬라는 2020년 9월에 배터리데이를 개최하여 1) 전기차 주행거리 54% 증대, 2) 배터리 팩 kWh 당 비용 56% 감소, 3) 관련 투자비 69% 절감 등 과감한 목표 설정을 통해 세계를 놀라게 한 바 있다.
이러한 목표를 달성하기 위한 전략으로 배터리 셀 대형화/공정 개선, 건식 전극/고속 연속 생산기술 도입 및 배터리 셀과 자동차 바디 통합 등을 포함한 비용절감 추진 전략도 동시에 발표하였다.
• 러시아의 우크라이나 침공으로 관련 원자재 가격 급등
한편 2020년 벽두 세계를 강타한 글로벌 코로나 팬데믹에 이어 2022년 2월 말 러시아의 우크라이나 침공은 전기차용 배터리 원자재 시장에도 큰 영향을 미쳤다. 배터리 핵심 원자재인 리튬, 니켈 및 코발트 등 소재 가격이 급등한 것이다.
이 가운데 특히 삼원계 배터리의 양극재 제조원가에서 가장 비중이 높은 니켈과 리튬의 가격 상승세는 더욱 가팔랐다. 금년 상반기 기준으로 니켈은 2021년 초 대비 56% 상승하였으며 리튬은 무려 6.33배로 급등한 것이다.
미국 컨설팅업체 알릭스파트너스(AlixPartners)의 6월 22일 보고서에 의하면 전기차 평균 원자재 비용은 코로나 팬데믹 이전인 2020년 3월 3381달러에서 금년 5월 8255달러로 144% 증가한 것으로 나타났다.
반면 고가의 니켈, 코발트 대신 저렴한 철을 사용하는 LFP(인산철; LiFePO4) 배터리는 삼원계 배터리 대비 가격경쟁력이 높다.
• BYD, CATL 등 중국업체에 가성비 높은 LFP 배터리 안정 공급 확보
이러한 갑작스러운 배터리 소재 가격의 급등 환경 하에서 테슬라의 가성비 추구 전략은 더욱 빛을 발하고 있다.
테슬라는 고가/고효율의 삼원계 배터리 분야에서 경쟁력이 있는 우리 업체들을 제쳐 놓고 자체 기술을 바탕으로 저비용 및 대량생산에 강점이 있는 중국 업체를 통해 가성비 높은 LFP 배터리를 조달하는 전략을 채택한 것이다.
이는 중국의 글로벌 배터리 기업인 BYD 및 CATL 등은 리튬이온 배터리 중에서도 상대적으로 에너지 밀도가 낮아 무게 및 용적을 크게 차지함에도 불구하고 화학적 안전성, 저비용 및 장수명의 장점이 있는 LFP 배터리의 양산 능력을 갖추고 있었기 때문에 가능했다.
중대형 기준으로 LFP 배터리는 삼원계 배터리 대비 12~31% 저렴한 것으로 알려져 있다. 전기차 생산에서 배터리가 차지하는 비용의 비중이 30~40%임을 감안할 때 어떤 배터리를 채택하느냐에 따라 자동차 대당 가격을 10% 이상도 낮출 수 있기 때문이다.
• 건식 전극 공정기술로 전기차용 배터리 시장을 주도할 전략
특히 테슬라는 이미 2019년 건식 전극 공정기술을 갖고 있는 맥스웰 테크놀로지를 인수함으로써 배터리 내재화의 기술기반을 확보하였다.
음극의 돌출된 용접 전극 부위를 생략하여 면 전체를 도체로 활용하는 이른바 ‘탭리스(Tabless) 배터리’ 생산기술을 확보함으로써 기존 습식 공정이 가지고 있는 제조시간, 설비 면적 및 각종 비용 면에서의 장애를 단숨에 극복하려 하고 있다.
습식 공정이 아닌 건식 공정으로 대체할 경우 배터리 팩 당 약 18%의 비용 감소 효과가 있는 것으로 알려졌다.
• LFP 핵심 특허 만료로 중국 업체의 글로벌 시장 공략에 대비할 필요
LFP 배터리 효율을 제고하는 핵심 기술 특허는 유럽, 캐나다 및 한국에서는 이미 2021년 만료되었고 2023년 미국에서도 만료될 예정이다.
이는 CATL 및 BYD 등 중국 글로벌 메이저가 내수시장을 넘어서 글로벌 시장을 금년부터 본격적으로 공략할 것이라는 의미이다. BYD의 고가 전기차 모델 Han의 한국내 출시 표명 등을 통해 이미 가시화되고 있다.
우리 배터리 기업들도 LG엔솔이 4680 배터리 생산라인 구축을 위해 총 7300억원을 투자하여 13GWh 생산능력을 갖출 계획이며 삼성SDI도 원통형 배터리 중대형화 추세에 맞추어 제품 양산 개발을 추진 중으로 알려져 있는데 이러한 중국 글로벌 메이저에 대항하여 기술개발 및 투자 전략을 더욱 정교하게 할 필요가 있다.
[정리=최봉 산업경제 전문기자]
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