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메르의 생각

이차전지 근황 업데이트(feat 전고체, LFP, 인플레이션 감축법 )

메르

2024.01.27

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이차 전지 이야기는 2022년 3월부터 꾸준하게 업데이트하고 있습니다.

처음 읽는 분들을 위한 기초 설명이 많이 포함되어 있어, 아시는 분은 앞부분을 스킵 하셔도 되지만, 앞부분도 내용이 업데이트되어 있습니다.

긴 글 주의 바랍니다.

© roberto_sorin, 출처 Unsplash

1. 배터리는 4가지 소재로 만들어짐.

2. 양극재, 음극재, 분리막, 전해액임.

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3. 항상 문제가 되는 것은 양극재임.

4. 음극재는 보통 흑연을 쓰고, 분리막이나 전해액도 소재가 흔한 것이라 큰 문제가 없지만, 양극재는 그렇지 않음. ​

5. 배터리 시장은 양극재로 리튬인산철을 쓰는 중국과 3원계를 쓰는 한국이 세계 투톱임.

6. 중국이 생산하는 주력 배터리는 양극재로 리튬을 기본으로 해서, 인산철을 섞어 쓰는 리튬인산철(LFP) 배터리임.

7. 세계 리튬인산철(LFP) 배터리의 95%가 중국에서 나옴.

8. LFP배터리는 배터리가 빨리 닳는 단점이 있지만, 인산철의 인과 철이 싼 재료라 원가가 낮고, 에너지밀도가 낮아서 불이 잘 나지 않음.

9. 한국이 생산하는 주력 배터리는 3원계 배터리임.

10. 양극재로 니켈, 코발트, 망간을 보통 60%, 20%, 20% 섞어 만들어서 3가지가 섞여 있다고 3원계 배터리라고 부름.

11. 비싼 재료가 많이 쓰여 원가가 높고, 에너지밀도가 높아서 불이 잘 나지만, 배터리가 오래가는 장점이 있음.

12. 지금까지 전기차 경쟁은 1회 충전 주행거리 경쟁이었음.

13. 1회 충전 주행거리 100킬로대를 깔짝 거리고 있던 때, 테슬라가 1회 충전 400킬로대 전기차를 뽑아내면서 앞서가며 그렇게 됨.

© rpnickson, 출처 Unsplash

14. 전기차 충전소가 많지 않아 1회 충전 주행거리가 경쟁력의 가장 큰 요소가 되던 시절이라, 전기차 시장은 한국이 만드는 3원계 배터리가 중국 인산철 배터리를 압도할 수 있었음.

15. 그런데, 3원계 배터리의 문제 중 하나가 불이 잘 나는 것이었음.

16. 이 부분을 해결하기 위해, 3원 계 배터리는 셀을 모듈로 감싼 다음 몇 개의 모듈을 모아서 팩을 만드는 방식으로 안전성을 확보함.

17. 포장을 이중으로 해서 충격으로부터 보호를 했다는 말임.

18. 복잡한 방식이다 보니 기술력이 필요했고, 한국 배터리사들의 경쟁력이 됨.

19, 테슬라가 충격적인 발표를 함.

© preciousm, 출처 Unsplash

20. 테슬라 전기차 일반형에 지금까지 쓰던 3원계 배터리가 아닌 LFP 배터리를 쓰겠다는 발표였음.

21. 인산철 배터리에 셀 투 팩 기술이 개발된 것이 주요 원인이 됨

22. 인산철 배터리는 3원계 배터리의 70% 정도 성능밖에 안 나와서 주행거리가 짧은 게 한계였음.

23. 셀 투 팩이 해결책이 됨.

24. 3원계 배터리는 안전성 확보 때문에 셀을 모듈로 감싸고, 모듈을 다시 팩으로 감싸는 이중포장을 했는데, 셀 투 팩은 모듈을 없애버림.

25. 모듈이 없어지고, 셀을 바로 팩에 포장을 해버리니, 모듈이 들어가는 공간에 셀을 더 넣을 수가 있게 됨.

26. 성능 차이를 기능 개선으로 극복하는 게 아니라, 더 많은 배터리를 넣어서 1회 주행거리를 3원 계 수준으로 맞춰버린 것임.

27. 모듈이 없어 이중포장이 안된다고 하더라도, 인산철 배터리 자체가 불이 잘 안 나다 보니 위험하지는 않다는 판단이 들어간 것임.

28. 인산철은 불이 잘 안 나는 데다, 셀 투 팩을 하면 주행거리도 3원 계만큼 나오고, 가격도 싼 데다 물량이 늘어도 공급 이슈가 적어 보이니, 갑자기 인산철이 좋아 보이기 시작한 것임.

29. 리튬도 3원계는 1대당 60kg 이상의 수산화 리튬을 넣어야 하는데, 인산철은 수산화리튬 보다 훨씬 싸고 재활용에서 나오는 탄산리튬을 넣어도 되는 것임.

30. 인산철 배터리를 장착하는 경우 8% 정도 가격을 낮게 책정한 점등이 먹혀들어서, 테슬라가 판매하는 전체 판매차량의 절반 가까이에 인산철 배터리가 들어가게 됨.

31. 다만, 인산철 배터리는 특허 부분이 중국의 발목을 잡고 있었음.

32. 인산 철 배터리 관련 특허는 노벨화학상을 수상한 미국 굿이너프 교수가 가지고 있었는데, 배터리 양산을 BYD에 맡긴 후 BYD가 자체 개발을 했다고 발표를 했고, 굿이너프 교수는 내 특허를 훔쳐서 만든 것이라고 특허 소송에 들어감.

33. 결국 인산철 배터리는 중국 내에 돌아다니는 전기차에는 쓰고 있지만, 특허 문제 때문에 수출을 할 수 없는 상태가 됨.

34. 2022년 말, 해당 특허 대부분의 효력이 끝나며 상황이 바뀌게 됨.

35. 중국 인산철 배터리의 수출 봉인이 해제되는 것임.

36. 세계 배터리 시장을 인산철이 석권하는 게 아니냐는 의문이 나올 즈음 크고 뚱뚱한 원통형 삼원계 배터리가 등장함.

37. ​4680 원통형 배터리임.

38. 테슬라는 기존 모델 S와 모델 X에는 18650 원통형 배터리를 사용했음

39. 모델 3와 모델 Y는 21700 원통형으로 바꿈

40. 18650는 지름 18미리에 길이 65미리라는 말이고, 21700은 지름 21미리에 길이 70미리라는 말임.

41. 조금 굵어지고 길어진 배터리로 바꿨다는 것임

42. 21700은 18650보다 크기가 커지면서 배터리 개수를 줄일 수 있을 뿐 아니라 개수가 줄어드니 관리도 쉬워진 것임

43. 18650에서 21700으로 바꾼다는 것은 이차전지 공정을 새로 세팅하고 수율을 잡아야 한다는 말임.

44. 이차전지를 만드는 공정을 보면 신제품 공정을 세팅하는 것의 어려움을 알 수 있음.

45. 이차전지는 도자기를 만드는 과정과 비슷하고, 유약을 만들고 이것을 발라서 말리는 과정이 중요함.

46. 이 공정이 코팅 공정임.

47. 코팅은 동박(동으로 만든 필름)이나 알루미늄박(알루미늄 필름) 위에 양극재나 음극재를 얇게 여러 겹으로 바르는 것을 말함.

48. 코팅이 된 동박을 두루마리 화장지같이 감으면 원통형 배터리가 되고, 차곡차곡 쌓으면 각형 배터리가 되는 식임.

49. 바르는 용액을 제조하고, 이것을 동박에 바른 후, 말리는 과정이 코팅이라 말은 쉬워 보임.

50. 코팅용액은 코팅에 남게 되는 고형분과 코팅이 고르게 잘 되게 하는 역할을 한 후 증발해서 사라지는 용제로 나누어짐.

51. 코팅용액의 고형분 제조가 가장 어렵고, 노하우가 필요한 영역임.

52. 고형분은 들어가는 비중 순으로 고분자,모노머,기능성분,분말,개선제,첨가제,개시제,표면처리제가 들어감.

53. 하나하나 알 필요까지는 없지만, 코팅용액 제조가 어렵다는 것은 이 고형분들을 비빔밥 만들듯이 한꺼번에 섞는 게 아니라서 그럼.

54. 분말에 액체인 모노머와 표면처리제를 넣어서 믹서로 갈고, 다른 공정에서는 고분자에 액체인 모노머와 기능 성분을 넣어 혼합을 한 뒤, 개선제와 첨가제를 넣은 다음, 개시제 용액을 넣어서 이것을 굳히는 작업으로 돌아감.

55. 순서가 중요하고, 각각 넣는 비중, 넣는 시간, 넣은 순간의 온도, 습도, 분말을 믹서 하는 속도 등 거의 모든 부분에서 변수가 발생함.

56. 똑같은 사람이 똑같은 회사에서 만든 장비를 가지고 가서 설치를 해도 똑같은 결과가 안 나오는 게 코팅 공정인 이유임.

57. 코팅용액이 만들어지면, 이것을 동박(또는 알루미늄박)에 바르는 공정이 진행됨.

58. 코팅용액을 사인펜 같은 장비에 집어넣고, 사인펜에 동박을 롤러로 지나가게 해서 코팅용액을 바르게 됨.

59. 스프레이로 뿌리거나, 코팅용액에 동박을 담그는 방식 등도 있지만, 균질하게 코팅이 잘 되는 사인펜 방식이 주류임.

60. 코팅 공정의 마지막은 코팅된 동박을 단단하게 굳히는 공정임.

61. 코팅용액이 발라진 동박 표면은 고형분 등이 액체 형태로 발라져 있는데, 열이 나 빛(UV)을 가하고, 개시제를 넣게 되면 반응이 시작됨.

62. 액체가 개시제에 반응해서 겔 형태로 바뀌고, 완전히 굳으면 코팅액과 동박은 하나의 고체가 됨.

63. 성능 차이를 알기 위해 이차전지 공정을 볼 때는 열로 굳히는 방법(열 경화)인지 UV 방식인지 확인할 필요가 있음.

64. 열 경화는 크고 비싼 장비를 써서 자동차용 배터리 등 제대로 성능이 나오는 공정이고, UV(빛)로 굳히는 것은 저 성능에 가격이 싼 완구용 배터리를 만드는 공정임.

65. 같은 21700이라고 하더라도, 완구용 배터리를 만들다가, 자동차용 배터리로 쉽게 전환하기 어려운 것이 이런 공정 차이가 있어서임.

66. UV 장비를 가져다 놓고, 자동차용 배터리를 만들겠다면 의심을 가져야 하는 포인트로, 컨콜 등에서 이 점을 물어볼 필요가 있음.

67. 코팅 폭과 속도도 중요함.

68. 8.5cm 폭에 분당에 40미터를 가는 공정부터, 13.5cm 폭에 분당 150미터를 가는 공정까지 범위가 넓음.

69. 폭이 넓고 속도가 빠르면 그만큼 동일한 공정에서 많은 제품이 나오며, 가격 경쟁력을 가져갈 수 있음.

70. 폭이 넓고 속도가 빠를수록 장비 가격이 높아지고, 정교한 기술이 필요함.

71. 코팅을 입히는 방식은 코팅액을 동박이나 알루미늄박에 바른 후 말리는 습식공정 방식과 코팅 소재에 가스나 전자빔 등을 쏴서 입히는 건식 공정으로 나누어짐.

72. 대부분 습식공정이지만, 테슬라가 건식 공정을 자체 공장에서 시도 중인 상황임.

​73. LG엔솔도 EU에 이차전지 공장을 지으면서 수율 잡는데 고생을 함.

74. 똑같은 장비를 넣어도 수율이 안 잡혀 한국에서 수율 잡는 장인들이 대거 출장을 가서 몇 개월씩 고생을 하기도 함.

75. 공정에 들어가는 물부터, 습한 날씨까지 모든 것이 변수라서, 똑같은 장비를 설치하고, 매뉴얼대로 만들어도 같은 결과가 안 나오는 게 코팅 공정임.

76. ​코팅 공정을 포함해서, 용액을 섞어서 코팅하고 말려서 굳히는 전체 공정을 전극 공정이라고 함.

77. 전극 공정 다음은 조립공정임.

78. 조립공정은 코팅된 필름을 돌돌 말거나, 차곡차곡 쌓은 다음 탭이라는 꼭지를 붙이고, 원통이나 사각, 봉지형 캔에 필름을 넣은 뒤, 전해질을 주입하고 캔 뚜껑을 닫는 공정임.

79. 조립이 끝나면, 충방전을 하고, 품질검사를 해서 출고를 하는 활성화 공정이 마지막 단계가 됨.

80. 과정이 복잡하다 보니, 시제품 몇 개를 연구실에서 만들 수는 있을지 몰라도, 배터리의 수율 잡고 양산을 한다는 것이 쉬운 일이 아님.

81. 전문가 한두 명에 경력직 몇 명 고용해서 결과를 내기 힘들다는 말이기도 함.

82. 일본 파나소닉은 18650을 21700으로 바꾸는 과정에서 수율을 잡지 못해 회사가 망할 뻔하기도 함.

83. 파나소닉이 21700 배터리를 개발해서 수율을 80% 이상까지 높이는데 2년 이상이 걸렸고, 수조원의 비용이 들어갔었음.

84. 수율이 16%라는 것은 84%가 불량품이라는 말임.

85. 불량품은 재활용업체에 넘겨서 원료를 일부 회수할 수 있지만, 매도 가격이 낮아서 실질적으로 거의 손실이라고 보면 됨.

86. 수율이 낮으면 낮을수록 불량품이 매출원가에 포함되어 수익이 나기 힘든 상태가 되는 것임.

87. SK가 아직 수율을 못 잡아 제대로 영업이익을 못내는 이유이기도 함.

88. 테슬라가 자체 공장을 만드는 부분에 의문을 가지는 것도, 만들 수는 있지만 수율을 잡는 게 성공할까를 의심하는 것임.

89. 테슬라가 미는 배터리는 4680 원통형 배터리임

90. 원통형 배터리는 얇은 호일을 돌돌 말아서 원통형 모양을 만듦.

91. 18650는 60cm 길이의 호일이 말려서 원통이 되었고, 21700은 18650보다 두꺼워진 만큼 호일 길이가 80cm로 늘어남.

92. 4680은 많이 뚱뚱해서 호일 길이가 385cm까지 나옴.

93. 원통형 배터리는 두루마리 화장지를 말듯이 호일을 말아야 하는데, 호일의 양쪽 끝에 양극과 음극 탭을 달게 됨.

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94. 전자가 꼬불꼬불 말려있는 호일을 타고 음극에서 양극으로 다녀오면 그 힘으로 모터를 돌리게 되는데, 양극 간 거리가 18650 60cm~21700 80cm 길이에서 4680은 385cm로 양극 간 거리가 엄청나게 멀어진 것임.

95. 전자의 이동경로가 길어지면 배터리의 노화도 빨라지게 됨.

96. 크고 뚱뚱한 배터리라 용량이 크지만, 전자의 이동경로가 길어져서 배터리의 노화가 빨리 오는 문제점이 4680에는 있었던 것임.

97. 테슬라는 꼭지를 없애는 탭 리스로 문제를 해결함.

98. 4680은 호일의 시작과 끝에 양극과 음극을 붙여서 호일을 돌돌 말면 건전지 위쪽에 볼록한 꼭지와 아래쪽 오목한 곳에 양극과 음극이 오게 하는 방식이 아니라, 전체 호일의 위쪽과 아래쪽에 모두 양극과 음극을 달아버림.

99. 건전지의 위쪽 면 전체가 양극이 되고, 아래쪽 면 전체가 음극이 되니, 4680의 전자 이동경로는 385cm가 아니라 4680건전지의 높이인 8cm만 이동하면 되게 된 것임.

100. 4680은 다른 장점들도 많음.

101. LG에너지솔루션에서 생산하는 파우치형 배터리는 충격에 약하기 때문에 격벽을 만들고 셀 위에 완충제를 넣은 뒤 배터리팩의 뚜껑도 만들어서 덮어줘야 함.

102. 4680은 뚱뚱한 본체로 어느 정도 하중을 받을 수 있어서, 격벽과 뚜껑을 걷어내고 배터리팩 위에 철판 하나를 깐 다음 바로 시트를 얹을 수 있게 됨.

103. 격벽이나 추가 배터리팩 뚜껑, 완충제 등이 안 들어가다 보니, 더 많은 배터리를 집어넣거나, 더 많은 실내공간을 만들 수 있게 된 것임.

104. 인산철 배터리가 셀투팩 기술로 공간을 만들어서 주행거리를 늘렸다면, 4680은 팩 자체 공간을 줄여서 셀투샤시를 만들어 버린 것임.

105. 테슬라는 이 배터리를 연간 3,000기가 생산하겠다고 함

106. 미국 등에 배터리 공장을 계속 짓고 있는 LG에너지솔루션의 2025년 생산목표가 500기가인 것을 감안하면 엄청난 규모임.

107.4680은 30% 정도를 테슬라가 자체 생산하고, LG엔솔, 파나소닉, 삼성SDI등이 나머지를 외주 생산하는 식으로 공장 건설에 들어감.

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108.2025년의 전기차 배터리 시장이 어느 정도 결정되어 있음.

109. 자동차 회사들은 3년 정도의 시간을 주고, 배터리사에 배터리를 선 주문함.

110. 단순히 물량만 선주문하는 게 아님.

111 원통형, 각형, 파우치 등 배터리 유형을 정해주고, 양극재는 뭐를 써서 어느 정도 성능의 배터리를 요구할 것인지 결정한 후, 사전 주문을 하게 되고, 자동차 회사가 개발비를 상당 수준 부담해서 전용 배터리에 대한 일정 수준의 권리를 가져가게 됨.

112. 현재 선주문 현황을 보면, 원통형 배터리는 도요타, 테슬라, 리비안, 루시드가 주문을 했고, 각형은 폭스바겐, 르노닛산이, 파우치형은 GM,스테란티스,혼다,현대기아,포드가 선주문하고 있음.

113. 중국기업을 제외한 11개 Global 전기차 기업의 배터리 선주문은 LG가 9개사, 파나소닉 3개사, 삼성, CATL, SK는 2개사에 단독 또는 공동으로 선주문을 받고 있음.

114. CATL이 세계 1위의 전기차 배터리 판매사라고 하지만, 중국 내 판매하는 전기차를 제외하고 보면 폭스바겐과 테슬라에 다른 배터리사들과 공동으로 수주를 받은 정도임.

115. 2025년까지만 놓고 보면 LG엔솔의 수주량이 타사를 압도하고 있음.

116. 현재까지 선주문된 배터리는 3원계나 인산철, 테슬라의 4680배터리가 아니라 4원계 배터리가 메인임.

117. 코발트, 니켈, 망간의 기존 3원계에 알루미늄을 추가로 섞어 4원계라고 부름.

118. 3원계 배터리는 인산철배터리보다 비싼 가격이 문제였음.

119. 3원계중 가장 기본이 되는 배터리는 니켈, 코발트, 망간을 6 대 2 대 2로 섞은 NCM 622 배터리인데, 코발트가 20%나 들어있어 가장 가격이 비쌈.

120. 코발트를 줄이기 위해, 상대적으로 가격이 저렴한 니켈 함량을 70%까지 높인 NCM712에 이어서 니켈함량을 80%까지 올린 NCM811배터리가 나왔으며, 지금은 구반반까지 개발이 되고 있음.

121. 구반반은 니켈, 코발트, 망간이 9, 0.5,0.5가 섞인 배터리를 업계에서 부르는 말임.

122. 니켈이 많이 들어있다고 하이니켈배터리라고 보통 부름.

123. 4원계인 NCMA는 니켈을 85~90%까지 올리고, 가장 비싼 코발트를 5% 이내로 섞는 데다, 나머지를 가격이 싼 망간과 알루미늄을 섞어, 계획대로 생산되면 인산철과 비슷한 가격에 공급할 수 있다고 함.

124. 배터리의 선주문 상태를 보면, 테슬라의 4680을 제외하면 4원계인 NCMA와 3원계중 하이니켈 NCM811이 주력임.

125. 출시 예정인 현대 G80 EV와 Ford F-150에는 SK의 NCM 811, 벤츠 EQS에는 CATL의 NCM811, 현대 아이오닉 6과 GM 블레이저 EV, GM 실버라도 EV, GM 캐틸락 Lyriq에는 LG엔솔의 NCMA배터리가 들어가게 됨.

126. 테슬라의 4680배터리는 위에서 언급한 수율을 잡아야 하는 문제가 있음.

127. 가장 빨리 테슬라에 4680을 공급한 게 파나소닉인데, 아직 수율이 60% 정도라 BEP가 나오는 80% 이상으로 수율을 높여야 하는 숙제가 있음.

128. 한국 배터리사들의 숙제는 자원 확보임.

129. 미국이 인플레이션 방지법을 발표하며 배터리 시장에 변수가 생김.

130. 앞으로 미국에서 전기차 보조금을 받으려면,

1) 북미에서 전기차를 생산해야 되고,

2) 미국 또는 미국과 FTA를 체결한 나라에서 생산한 배터리 광물 비중이 2023년 40%에서 2027년 80%까지 올라와야 되며

3) 북미에서 생산한 배터리 부품 비중이 2023년 50%로 시작해서 2029년에는 100%까지 올려야 하는 것임.

131. 북미에서 전기차를 생산해야 되는 조건은 2025년 현대차 전기차 공장이 미국에서 생산을 개시하므로 시간의 문제임.

132. 북미에서 생산한 배터리 부품도 LG엔솔등이 미국 공장을 진행하고 있어 어느 정도 해결이 가능함.

133. "미국 또는 미국과 FTA를 체결한 나라에서 생산한 배터리 광물 비중이 2023년 40%에서 2027년 80%까지 올려야 한다"라는 조건이 문제임.

134. 우리나라의 LG엔솔등이 만들어 수출하는 배터리 광물은 대부분 Made in China이고, 중국은 미국과 FTA가 체결되지 않은 나라임.

135. 한국 배터리 회사들의 4대 광물소재 중국 의존도는 양극재 47%, 음극재 81%, 분리막 70%, 전해액 66%로 의존도가 높음.

136. 하이망간배터리의 망간은 99%를 중국에서 수입하고, 각형 배터리팩을 만들 때 들어가는 마그네슘은 95%가 중국산일 정도임.

137. LG엔솔과 에코프로, 삼성SDI, SK의 방향은 나누어지고 있음.

138. LG엔솔은 트라피구라로부터 납품받은 광물로 고려아연과 한국전구체라는 합작사를 만들어 LG화학이 납품받은 후 LG엔솔이 사용하는 흐름을 만들고 있음.

https://economist.co.kr/article/view/ecn202303220036

‘독립 경영’ 꿈꾸는 최윤범 고려아연 회장 속내는…

장형진 영풍그룹 고문 측과 최윤범 고려아연 회장 측이 고려아연 지분 확보에 열을 올리면서, 74년간 유지돼온 동업 관계에 균열이 생긴 배경에 관심이

economist.co.kr

139. 고려아연은 여기에서 한발 더 나아가 트라피구라와 니켈 제련 합작사를 한국에 설립하는 부분도 추진하고 있음.

https://www.theguru.co.kr/news/article.html?no=46494

고려아연·트라피구라 니켈 합작사, 한국에 둥지 트나

[더구루=오소영 기자] 고려아연과 스위스 원자재 트레이딩 업체 트라피구라가 니켈 제련소 건설지로 프랑스 북부 오드프랑스와 남태평양 프랑스령 뉴칼레도니아, 한국을 검토하고 있다는 추측이 제기됐다. 배터리 강국인 한국에 투자가 유력시되고 있다. 프랑스 매체 라 프리미에르(La Première)는 익명의 뉴칼레도니아 관계자 말을 인용해 프랑스는 오드프랑스와 뉴칼

www.theguru.co.kr

140. 트라피구라는 세계 3대 원자재 트레이딩 업체로 미국 CIA에 협조해서 카다피의 리비아 원유 가격을 조정하는 등 미국과 밀접한 회사임.

141. 콩고의 경우 정부군과 반군의 내전이 심각해도, 트라피구라는 정부군, 반군 모두와 거래하며 자원을 가져오는 역량을 가지고 있음.

142. 트레이딩만 하는 게 아니라 창고, 철도수송 등의 인프라까지 자체적으로 가지고 있어, 대중에게 알려지지 않았지만 대단한 곳임.

143. LG엔솔은 계획대로 진행되면 중국과 합작사가 별도로 있지만, 중국이 묻지 않은 자원으로도 배터리를 만들 수 있게 되는 것임.

144. 에코프로 쪽은 애매함.

145. 인도네시아로부터 니켈을 받아서, 이차 전지 전구체 제조공장을 새만금에 설립하기로 함.

https://www.jeonmin.co.kr/news/articleView.html?idxno=376638

허허벌판 새만금, 미래 신산업 이차전지 메카로 탈바꿈  - 전민일보

지난 30여년간 우여곡절 끝에 새만금이 동북아 경제중심지의 비전 실현을 앞두고 있다. 새만금에 국내외 유수의 이차전지 관련 업체들의 투자 러시가 이어지고 있기 때문이다. 최근 한달 새 2조 9100억원 규모의 ...

www.jeonmin.co.kr

146. 1조 2100억 원을 투자해서, 24년 말, 1차로 연간 5만 톤의 전구체를 생산하겠다는 계획임.

147. 전구체 제조회사는 합작사로 설립되는데 회사 이름이 지이엠코리아뉴에너지머티리얼즈임.

148. 회사 이름 치고는 무척이나 긴 지이엠코리아뉴에너지머티리얼즈중 지이엠에 주목할 필요가 있음.

149. 지이엠은 GEM이고, 중국 거린메이라, 지이엠코리아뉴에너지머리티얼즈는 중국 거린메이와 에코프로, SK 온 3사의 JV(합작법인)로 만드는 것임.

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에코프로, 새만금 국가산단에 전구체 생산 합작법인 설립 - 스트레이트뉴스

에코프로가 배터리 제조기업 SK온, 전구체 생산기업 중국GEM(거린메이)과 함께 23일 서울 종로구 SK서린빌딩에서 전구체 생산을 위한 3자 합작 법인(JV) 설립 양해각서(MOU)를 체결했다.이번 협약에 따라 에코프...

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150. 에코프로와 SK온은 제련하는 기술이 없어 실질적인 제련은 거린메이가 전담하게 될듯함.

151. 형식상 한국에서 제련을 하니, 미국의 인플레이션 방지법을 피해 갈 수 있을것으로 판단한 것임.

152. 하지만, 중국기업이 제련해서 납품받는 것이 미국 마음에 안 들면, 언제든 세부 조항 하나만 바꿔 규제할 수 있는 것도 사실임.

153. 작년 6월 이차전지 업데이트에서 이 부분이 문제를 일으키지 않을까 하는 걱정을 했었음.

154. 걱정이 사실로 나타남.

155. 인플레이션 감축법(IRA)의 전기차 보조금과 관련된 세부 조항이 발표됨.

https://www.wowtv.co.kr/NewsCenter/News/Read?articleId=A202312020021&t=NN

IRA 보조금 제외 규정 발표 배터리 촉각

미국 재무부가 1일(현지시간) 중국 자본 지분율 25%를 넘는 합작법인을 인플레이션 감축법(IRA) 보조금 지급 대상에서 제외하기로 했다. 국내 배터리 업계는 당장 미칠 영향은 제한적이라고 보고 있지만, 지분율 ...

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156. IRA의 전기차 배터리 보조금 지급은 "외국기업이 해외우려국에서 설립됐거나, 소재하거나 주요 사업장을 두고 있는 경우,해외우려국 정부에 의해 소유, 통제, 지시를 받는 경우 외국우려기업(FEOC)으로 간주된다"라는 규정이 핵심임.

157. 해외우려국은 중국, 이란, 러시아, 북한 4개국임.

158. 해외우려국 정부의 범위는 중앙정부뿐만이 아니라, 지방정부가 포함되고, 이들의 하부기관 및 기구에 집권정당(중국의 경우 공산당)의 전현직 고위 정치인과 그 직계가족까지 포함되어 있음.

159. 해외우려국 정부가 이사회 멤버로 들어가거나, 지분의 25% 이상을 직접 또는 간접적으로 보유하면 해외 우려국 정부에 의해 소유,통제 지시를 받는 경우로 해석되어 전기차 보조금 대상에서 제외되는 것임.

160. 악마는 디테일에 있는 게 이번에도 확인됨.

161. 간접적으로 보유한다는 것은 공식적인 서류로 확인하기 힘들다는 것이고, 전직 정치인까지 확인하라는 것 역시 확인이 쉽지 않은 일임.

162. 결국 합작 기업에 중국 지분이 25% 이상 되거나, 중국 측에서 이사회에 참여를 하게 되면 보조금을 안 주겠다는 말로 해석되는 것임.

163. 현재 국내 기업이 중국과 설립한 합작사(JV) 대부분은 51 대 49로 설립되어 중국 지분이 거의 절반을 차지하고 있음.

164. 지분이 절반에 가깝다 보니, 당연히 합작사의 이사회에 중국 측이 포함되어 있을 것임.

165. LG화학은 경북 구미에 중국 화유코발트와 양극재 합작사를 운영하고, 이곳의 LG화학 지분율은 51%임.

166. 포스코퓨처엠이 중국 CNGR과 경북 포항에 구축한 전구체 JV는 중국 CNRG가 출자금의 80%를 부담하는 것으로 알려짐.

167. SK온과 에코프로가 새만금에 중국 거린메이와 추진하는 전구체 공장은 거린메이가 50%를 가져가고, 나머지 50%를 SK온과 에코프로가 가져가는 식으로 진행되고 있다고 함.

168. 현재 추진되고 있는 거의 대부분 중국합작 기업들은 중국측 지분이 25%를 넘어가는 것으로 봐야 할듯함.

169. 한국 배터리사들은 추가 출자를 하거나, 중국 측 지분을 매입해서 75% 이상 지분을 확보하겠다는 대책을 밝히기 시작함.

170. 하지만, 단순한 돈 문제가 아니라서 쉽지는 않을 것임.

171. 만약 지분을 매입해서 25% 이하로 중국 측 지분을 낮춘다고 하더라도, 다음번 세부안에서 기준을 추가로 강화하면 바로 문제가 될 수 있음.

172. 이런 일은 발단을 알아야 대응책 수립이 가능함.

172. 2023년 11월 13일, 조 맨친 의원이 중국과 한국의 전기차 배터리 합작 기업을 거론하며, IRA의 보조금에 강력한 기준 마련을 주장하고 나섬.

173. 조 맨친 의원은 재닛 옐런 재무 장관에게 서한을 보내서 "중국은 법 규정을 우회하고 있다. 외국 우려 기업(FEOC) 규정과 관련해 최대한 강력한 기준을 세워달라"라고 요청을 한 것임.

174. 조 맨친 의원은 단순한 미국 국회의원 중 한 명이 아님.

175. 집권당인 민주당의 상원 의원이고, 상원 에너지위원회의 위원장 신분인 사람임.

176. 조 맨친 의원은 "중국의 배터리 업체들이 한국,모로코와 조인트 밴처 및 투자 등의 형태로 법 규정을 우회하는 부분에 대해 극심한 우려를 표한다. IRA 보조금은 내수 기업 및 미국과 FTA를 맺은 동맹 및 친구들을 위한 것이다. 이것을 '광물 세탁'에 관여한 적국들에 도둑맞아서는 안된다'라고 주장하고 있음.

177. 미국에서는 중국이 한국에 9건의 합작 투자계획을 발표해서, IRA를 우회하고 있다는 기사가 쏟아지고 있음.

178. 언론과 집권당인 민주당의 요구에 미국 재무부가 호응하고 나온 상황이라 한국에 설립되는 중국과 합작 기업에서 나오는 광물로는 보조금 혜택을 받기 힘들어질듯한 분위기임.

179. 2025년부터는 '외국 우려 기업(FEOC)'에서 조달한 핵심 광물을 1%라도 사용하면 전기차 세액공제 적용을 받지 못하기 때문에 시간도 별로 없는 상황임.

180. 중국은 12월에 착공 예정인 한국 합작 공장들의 착공을 연기하며, 발표를 지켜보는 분위기임.

https://naver.me/xlCI5OPo

'새만금 중국자본' 줄줄이 착공연기.. 美변수에 '초긴장'?

새만금에 투자한다던 중국 기업과 한·중 합작 이차전지 기업들이 연내 착공계획을 줄줄이 번복해 우려의 목소리가 나옵니다. 전라북도에 따르면, 지난 3월 1조 2천억대 투자계획으로 기대를 모은 한중 합작법인 'GEM코리

naver.me

181. 엘지엔솔과 고려아연이 미국 트라피구나와 만드는 제련 합작사와 같이, 중국 외의 공급선을 최대한 확보하는 정공법으로 나가는 게 안전해 보임.

​​

182. 2차 전지 시장의 게임 체인저 후보는 전고체 배터리임.

183.전고체(All-Solid-State)는 단어 그대로 모든 게 고체인 배터리를 말함. ​​

184. 현재의 2차 전지 주력 배터리인 삼원계 배터리는 양극,음극,분리막, 전해질로 구성이 됨.​​

​​

185. 양극과 음극 사이에 액체 상태인 전해질을 채우고, 분리막을 사용해서 양극과 음극이 닿지 않게 하고 있음. ​​

186. 액체 상태인 전해질을 넣는 게 아니라 고체로 넣는 게 전고체 배터리임. ​​

187. 전해질을 고체로 넣으면 몇 가지 큰 장점이 생기게 됨.​​

188. 양극과 음극이 닿지 못하게 분리막을 넣는데, 고체인 전해질을 넣게 되면, 전해질이 분리막 역할을 하기 때문에 분리막을 없앨 수 있음.​​

189. 안전성도 좋아짐.

190. 액체 전해질을 사용하는 경우 온도 변화로 인한 팽창이나 외부 충격에 의한 누액 등으로 배터리가 손상되고, 화재의 위험이 존재함. ​​

191. 화재 위험을 막기 위해, 셀을 모듈로 감싸고, 모듈은 다시 팩으로 감싸는 이중포장을 하는 것임. ​​

192. 전해질이 고체인 전고체 배터리는 구조적으로 단단해 안정적이라 전해질이 훼손되더라도 어느 정도 형태를 유지하며 화재를 방어할 수가 있어, 전고체로 간다면, 분리막을 없앨 수 있고, 안전성을 높이기 위한 모듈과 팩을 안 써도 되는 것임. ​​

193. 현재 배터리에서 분리막, 모듈, 팩 등 안전장치가 차지하는 면적이 전체 배터리의 절반쯤이 됨. ​​

194. 안전장치가 차지하던 자리를 음극재와 양극재로 채우게 되면 같은 면적에 두 배 가까운 용량을 채울 수 있음. ​​

195. 전고체 배터리가 일반 배터리보다 2배 이상 오래간다는 이유는 성능이 좋다기보다 같은 면적에 더 많은 용량을 채울 수 있어 그런 것임.

196. 전고체 배터리를 만드는 방식은 크게 산화물계와 황화물계가 주력임. ​​

197. 일본의 무라타 등이 전고체 배터리에 성공했고 올해부터 양산을 하겠다고 공장을 만들고 있는 것은 산화물계임. ​​

198. 산화물 계열의 문제점은 용량을 키우는 데 한계가 있음. ​

199. ​ 무선 이어폰에 들어가는 배터리가 100mah 정도 용량이 필요하다면, 핸드폰에는 4,000mah가 필요하고, 자동차는 100ah 용량이 필요할 정도로 자동차로 갈수록 큰 배터리 용량이 필요함. ​​

200. 2024년중에 양산한다는 일본의 산화물계 공장은 무선 이어폰이나 소형 가전제품에 들어가는 정도까지는 커버가 되지만, 핸드폰부터는 용량이 간들간들하는 수준임. ​​

201. 핸드폰도 어려운데, 핸드폰보다 훨씬 많은 배터리 용량이 필요한 전기차는 이번 산화물계 공장에서는 커버할 수 없는 영역이라는 말임.

202. 도요타가 전고체를 하이브리드부터 적용하겠다는 이유도 배터리 용량의 한계를 아직 극복하지 못한 것이 원인일수 있음.

203. 자동차는 황화물계로 가야하고, 황화물계 전고체배터리의 양산 일정을 누가 먼저 발표하는지가 관전 포인트가 됨.

204. 삼성SDI는 2023년 3월, 수원 SDI연구소에 전고체 배터리 파일럿 라인인 "S라인"구축을 완료함.

205. 2023년 6월부터 시제품 생산을 시작했고, 연말에는 고객에게 납품하는 샘플을 생산하기 시작함.

206. 2023년 조직개편에서 전고체 배터리 전담조직인 ASB(All Solid Battery) 사업화 추진팀을 신설하고 인력확충을 진행하고 있음.

207. 3원계에서 많이 뒤처진 듯 보였던 삼성SDI가 전고체에 앞서가는 모습을 보이는 부분에는 여러 가지 해석이 있음.​​

208. 부정적인 해석으로는 3원계 배터리는 LG엔솔에 밀리고, LFP배터리는 중국이 주도하고 있으니, 차세대인 전고체에 희망을 가지고 전력을 집중하고 있다는 것임. ​​

209. 생산을 시작했다고 하지만, 양산이 아니라 실험실 단계에서 파일럿 생산이라 아직 갈길이 멈. ​​

210. 현재 3원계에서 전해액을 넣은 방법은 전해액을 주사기와 비슷한 기계로 주사를 한 후, 전해액을 화학반응시켜, 액체인 전해액을 젤리같이 만드는 방식을 쓰고 있음.​​

211. 액체가 들어가 비어있는 공간이 없이 전해액을 채운 뒤, 그 액체를 젤리로 만들어 안정시키는 방식임.​​

212. 전고체는 액체를 주입하는 게 아니라 고체인 가루를 넣는 방식임.​​

213. 고체 상태 가루를 넣으면 액체보다는 빈 공간을 채우기가 쉽지 않아 비어있는 공간이 많이 생기게 됨. ​​

214. 이 빈 공간을 없애는 기술이 있음.​​

215. 메모리 반도체에 사용되는 정밀적층코팅 기술임.

216. 삼성SDI의 계열사에 메모리 반도체의 존엄인 삼성전자가 있는 부분이 비대칭 전력이 될 수 있다는 것임.

217.삼성전자 종합기술원이 전고체 개발에 상당 수준 발을 담그고 있고, SDI와 협업하며 연구결과를 계속 발표하고 있음.

218. 이재용 부회장과 현기차의 정의선회장이 만났을 때 나눈 말이 전고체가 중요하다는 것이었고, 삼성SDI 개별 기업이 아니라 삼성그룹 차원에서 전고체에 힘을 쏟고 있다는 말이기도 했음.

219. 현대차는 2025년에 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 시범생산하고, 2030년 양산하는 계획을 가지고 있음.

220. 삼성SDI의 전고체 배터리 양산 일정이 2027년으로 잡혀 있는 것을 감안하면, 삼성SDI가 전고체 양산에 성공하면 납품처는 현대차가 될듯함.

221. 이재용 삼성전자 회장과 정의선 현대차그룹 회장이 만나는 자리에서 2차례나 전고체 배터리 연구현황을 논의하는 것을 보면, 삼성전자와 삼성SDI는 전고체 배터리 개발을 진심으로 하고 있는것으로 보임.

222. 도요타는 전고체 배터리의 수명이 짧아지는 문제를 해결 못하고 있다는 발표를 함.

© danny_lincoln, 출처 Unsplash

223. 도요타가 개발 중인 전고체배터리의 경우 충방전을 반복하면 전극에 사용되는 재료들 간의 사이에 틈이 생긴다는 문제가 공개됨.

224. 최근 이 문제가 해결된 듯한 동향이 보이고 있음.

225. 토요타가 전고체 배터리 상용화 계획을 발표한 것임.

226. 토요타는 전고체 배터리 상용화를 2027년에 끝내고, 이 배터리를 장착한 전기차를 2028년에 출시하겠다는 계획을 발표한 것임.

227. 2023년 6월, 기술적 혁신에 성공해서 전고체 배터리의 문제를 거의 해결했다고 함.

228. 도요타의 전고체배터리는 2가지 모델로 개발되고 있음.

229. 621마일(1,000km)를 가는 모델과 750마일(1,200km)를 가는 모델을 동시에 진행하고 있고, 완충시간은 모두 10분이내라고 함.

230. 대량생산 과정에서 중요하고 어려운 과제가 음극과 양극 셀을 빠르고 정확하게 적층하는 조립공정임.

231. 토요타는 "적층 속도 면에서 현재 리튬이온 배터리 생산수준에 거의 도달했다"라고 함.

232. SK온은 미국 전고체 배터리 기업인 솔리드파워와 기술 이전 협약을 체결함.

233. SK온은 솔리드파워가 보유한 전고체배터리 셀 설계와 파일럿 라인 공정 관련기술 전부를 연구개발에 활용할 수 있게 됨.

234. 솔리드 파워는 SK온에 황화물계 고체 전해질을 공급하는 조건으로 전고체 배터리 개발에 협조를 하는 계약임.

235. SK온은 2026년에 시제품을 생산하고 2028년에 상용화를 하는것이 목표임.

236. 중국은 1월23일 중국 전고체 배터리 산학연 협동 혁신 플랫폼(CASIP)를 출범함.

237. CASIP가 전고체 개발과 관련된 학교와 기업간의 컨트롤타워 역할을 하면서, 전고체 배터리 상용화를 추진하겠다는 것이 목표임.

238. CASIP에는 중국 선두 배터리 기업인 CATL과 BYD와 상하이자동차그룹,둥펑자동차,베이징자동차그룹등이 참여를 함.

239. 중국은 2025년에 중국에서 판매되는 차량의 절반 이상을 친환경차(전기차 + 하이드리드)로 만들겠다는 계획임.

240. 중국 CASIP는 전고체 소재 개발에 최고 성능의 AI를 동원해서 속도를 올리고, 선두로 올라서겠다고 하고 있음.

241. 전고체 배터리 시험생산은 삼성SDI가 가장 먼저 시작했지만, 양산은 한국도 일본도 아닌 대만회사가 먼저 시작할 것 같음.

242. 대만 프롤로지움이 올해 안에 전고체 배터리 공급을 시작하고, 전고체 배터리를 장착한 전기차를 글로벌 자동차 제조사를 통해 연내 출시할 것이라는 계획을 발표함.

243. 대만 프롤로지움 테크놀로지는 대만 타오위안에 세계 최초로 기가급 전고체 배터리 공장을 준공하고 양산 준비를 시작함.

244.1조 8천억원이 투입되어 2024년 1월 23일 준공된 타오위안 공장의 초기 생산능력은 전기차 1만4000대분에 해당하는 연간 0.5GWh지만, 2GWh로 확대를 진행하고 있음.

245. 프롤로지움은 2006년 설립된 전고체 배터리 전문회사로 벤츠, 베트남의 빈패스트, 포스코홀딩스등이 투자하고 있음.

246. 프롤로지움은 52억유로(7조5천억원)를 투자해서 프랑스 덩케르크에 48GWh 규모의 전고체 배터리 공장 설립도 진행하고 있음.

247. EU로부터 보조금 승인도 받은 상태로, 전세계 전고체 시장에서 40% 점유율을 차지하겠다는 목표를 밝히고 있음.

248. 전고체 배터리는 아직 개발이 요원하다는 여러가지 부정적인 전망들이 많이 나오고 있었음.

249. 대만의 프롤로지움 공장이 양산을 시작한 만큼, 결과에 따라서 전고체가 막연한 미래기술이 아니라 현실이 될 수 있는 상황임.

250. 전고체배터리의 문제는 기술이나 양산이 아니라 가격일 가능성이 높다고 봄. ​​

251. 전고체배터리는 현재 3원계 배터리에 사용하는 리튬보다 훨씬 비싼 황산화 리튬을 써야 함.

252. 황산화 리튬외에도 배터리내 전기를 일으키는 반응을 담당하는 활물질을 은으로 코팅하는등 원가상승 요인이 많이있음.

253. 배터리사 혼자 배터리를 만드는 것이 아님.

254. 전고체를 하게되면, 새로운 제조설비, 소재등의 납품이 필요하니, 협력사들이 제조설비를 만들고, 여러가지 새로운 재료를 납품하려면 비용이 추가될 수 밖에 없음.

255. 전고체 배터리가 상용화에 성공하더라도 3원계보다 2배 가까운 가격이 나올수도 있다는 예상이 나오는 이유임.

256. 테슬라가 보급형에 인산철배터리를 넣고, 고급형에 3원계를 넣듯이, 차세대 전기차 배터리도 보급형은 3원계와 인산철(LFP)이 경쟁하고, 고급형에 전고체를 사용하는 방식으로 시장이 나누어질 수도 있다는 기존 생각은 아직 유효함.

257. LFP배터리는 특허가 풀리면서, 예상대로 중국을 벗어나서 세계시장을 공략하기 시작함.

258. 성능에서 전고체와 경쟁할 각은 아니지만, 3원계 배터리와는 두 배터리 가격이 어느정도 근접하는지에 따라서 승부가 날듯함.

259. 중국은 국내 LFP배터리 생산용량의 공급초과가 극심한 상태라 수출에서 승부를 볼 수밖에 없음.

짧은 코멘트. 한국 배터리사에 신경이 쓰이는 영역은 배터리 광물을 중국과 합작사로 추진하는 부분임. 미국의 대응에 따라 기반이 흔들릴 수 있다고 봄. LFP배터리는 중국이 공급초과상태로 경쟁이 치열해지고 있음. 이익이 거의 나지않는 저가로 납품이 되면서 3원계 시장을 꽤 갉아먹을듯한 상황임. 꿈의 배터리라는 전고체 배터리가 양산공장이 준공되는 단계까지 도달함. 문제들이 많이 해결되었다는 말이라, 무시할 단계는 지난듯함.

 


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  • Jackie Chan · 한 달 전
    애증의 전기차 애증의 새만금 ........... 쭈웅궈

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