메르의 생각
이차전지 근황 업데이트 (ver. 2023.6)
메르
2023.06.13
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※ 감수인 의견 ★★★★★ 메르님의 '투자포인트'는 오렌지보드에서만 제공합니다 ★★★★★ 2차 전지 국내 상장사 중 시가총액 큰 순으로 몇 종목을 가지고 왔습니다. 아래 종목들 평균 상승률이 년간 87%, 월간 9% 입니다. 승자를 고르는 게임은 매우 어렵습니다 (주가가 상승한 지금은 승장 중의 승자를 골라야 함). 패자 중에 괜찮은 놈을 고르는 건 상대적으로 쉽습니다. 아래 종목의 리스트를 살펴보면, 제가 아는 선에서는 고려아연이 눈에 띕니다. 관련주 중에 홀로 죽쓰고 있습니다. P/B 기준으로 영풍, 포스코, SK이노 다음이네요.
*시총(6/12 종가 기준) 순 
고려아연의 매출은 23년 1분기 기준, 아연이 37%, 금+은 35%, 연 15% 정도입니다. 최근 연구개발 실적입니다. *23년 1분기 보고서 
연구개발 내용은 주가를 끌어올리기 참 좋은 이슈인듯 한데, 주가가 하락하고 있습니다. 
아연의 가격이 죽죽 빠지고 있기 때문입니다. 주가가 빠지는 시기와 비슷함. PBR은 역사적으로 저점 수준. 아연가격이 언제 오르냐! 는 알 수 없지만, 이런 방식으로 접근하는 것이 장기적으로 투자실패를 줄여주고 지속적인 투자를 가능하게 한다고 생각합니다. 승승장구할 기업을 고르고 내것이고 싶은 마음은 누구나 그렇습니다만, 나보다 더 많이 알고 잘나고 발빠른 분들이 많음을 겸허하게 받아들이면, 고려아연 같은 종목이 눈에 띌 수 있습니다. 저는 매우 중요한 시각이라고 생각합니다. 이하 설명은 생략합니다 (크리에이터께서 보고서를 올려 주시면 좋겠습니다. 비철금속 회수는 제련 기술이 필요하고 국내에 고려아연 혹은 영풍 만한 회사가 없음.). 서두가 길었습니다. 저자와 독자에 양해를 구합니다. 70번 이후부터 새로운 내용이 포함되어 있습니다. 참고 부탁 드립니다.
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이차 전지 이야기는 작년 3월부터 분기 단위로 꾸준하게 업데이트하고 있습니다.
처음 읽는 분들을 위한 기초 설명이 많이 포함되어 있고, 한번에 전체를 이해할 수 있게 하기위해 반복부분이 꽤 있습니다.
1. 배터리는 4가지 소재로 보통 만들어짐.
2. 양극재, 음극재, 분리막, 전해액임.
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 배터리임.
7. 세계 인산철 배터리의 95%가 중국에서 나옴.
8. 인산철 배터리는 배터리 약발이 빨리 닳는 단점이 있지만, 인산철의 인과 철이 싼 재료라서 원가가 싸고, 에너지밀도가 낮아서 불이 잘 나지 않음.
9. 한국이 생산하는 주력 배터리는 3원계 배터리임.
10. 리튬을 기본으로 해서, 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, 배터리 약발이 좋아 오래가는 장점이 있음.
12. 전 세계 금속들의 연간 생산량을 보면, 철은 21억 톤, 망간 8천만 톤으로 넉넉하게 나오고 있음.
13. 문제는 3원계에서 많이 사용하는 리튬과 코발트임.
14. 니켈은 전 세계에서 연간 200만 톤이 생산되고, 리튬은 43만 톤, 코발트는 14만 톤 수준임.
15. 니켈은 주요 수출국인 러시아가 우크라이나를 침공하는 등으로 공급에 문제가 발생하고 있음.
16. 하지만, 동남아에서 니켈이 많이 나고있어, 시간이 가면 해결이 가능한 수준임.
17. 코발트는 비싸고, 희귀하고, 코발트 자원 보유 국가인 콩고가 내전 등으로 불안정한데다, 중국의 영향력이 커서 문제가 됨.
18. 코발트는 전 세계 매장량의 60%가 콩고에 몰려있고 현재 생산되는 코발트는 대부분 콩고산임.
19. 중국이 철도, 도로 등 인프라 투자를 해주며 콩고의 코발트 광산을 장악함.
20. 중국이 장악한 코발트 광산을 통해 콩고가 생산하는 코발트의 90%가 중국으로 들어가 배터리의 재료가 되고 있음.
21. 코발트는 중국이 생산 경로를 장악해버린 게 국가 간 자원전쟁을 하는 시대에는 민감한 문제가 될 수 있음.
22. 인산철과 삼원계에 기본으로 들어가는 리튬은 중장기적인 공급 부족 이슈가 있음.
23. 지금까지는 휴대폰에 주로 리튬이 들어갔는데, 휴대폰 1대당 6g 정도의 리튬이 들어가는 정도라, 1억 대의 휴대폰을 만들어도 600톤의 리튬이면 생산이 가능했음.
24. 전기차는 다름.
25. 테슬라의 모델 S를 예로 들면, 1대당 63kg의 리튬이 들어감.
26. 테슬라가 100만 대의 전기차를 만들면 6만 톤의 리튬이 필요하고, 테슬라의 2030년 판매 목표인 2천만 대를 만들려면 120만 톤의 리튬이 필요한 것임.
27. 전 세계에서 연간 생산되는 리튬이 43만 톤인데, 테슬라만 해도 2030년에 120만 톤의 리튬이 필요하다는 말임.
28. 리튬이 많이 필요하다면, 바닷물에도 리튬이 들어있으니 그걸 뽑아서 쓰던지, 리튬 광산을 좀 더 개발하면 되는 거 아냐?라고 생각할 수 있음.
29. 그게 쉽지가 않음.
30. 현재 배터리에 쓰는 전 세계 수산화 리튬의 70%는 칠레, 볼리비아, 아르헨티나의 짠물호수인 염호에서 생산됨.
31. 바닷물보다 만 배 가까이 리튬 함유량이 높은 호수들임.
32. 바닷물보다 만 배 가까이 리튬 함량이 높아 경제성이 있는 염호라고 해도, 이 호수물을 퍼올리면 1,000ppm 그러니깐 호수 물의 0.1% 정도에 리튬이 들어있는 수준임.
33. 염호의 리튬 함유량이 이 정도인데, 염호의 만 분의 1 수준이 들어있는 바닷물은 경제성 있게 리튬을 생산할 수준이 안됨.
34. 염호에서 뽑아올린 호수물을 넓은 노지에서 1년에서 2년간 증발시켜 리튬이 4%~6% 정도가 되면 공장으로 보냄.
35. 노지에서 2년씩 증발을 시킨다는 것은 비가 거의 안 와야 한다는 말임.
36. 리튬 함유량이 풍부한 염호가 있고, 비까지 거의 안 오는 지역이라야 리튬을 경제성 있게 생산할 수 있다는 것임.
37. 칠레, 볼리비아, 아르헨티나에서 전 세계 리튬의 대부분이 생산되는 것도, 이 세 나라가 겹치는 삼각형 지역에 리튬이 풍부한 염호가 있고, 비도 거의 안 오는 지역이라 세계 리튬의 대부분이 이곳에서 생산되는 것임.
38. 리튬을 노지에서 증발시키는 게 아니라 공장을 지어서 추출하면 되는 게 아닌가? 하는 질문도 있을 수 있음.
39. 공장 건설 비용 등 경제성도 문제지만, 리튬을 추출하는 과정에서 투입되는 화학물질로 환경 오염이 발생되는 폐기물이 나와 현재는 자연 증발이 주류가 됨.
40. 리튬 공급을 쉽게 늘리기 어려운 이유임.
41. 지금까지 전기차 경쟁은 1회 충전 주행거리 경쟁이었음.
42. 1회 충전 주행거리 100킬로대를 깔짝 거리고 있던 때, 테슬라가 1회 충전 400킬로대 전기차를 뽑아내면서 앞서가며 그렇게 됨.
43. 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.
44. 그런데, 3원 계 배터리의 문제 중 하나가 불이 잘 나는 것이었음.
45. 이 부분을 해결하기 위해, 3원 계 배터리는 셀을 모듈로 감싼 다음 몇 개의 모듈을 모아서 팩을 만드는 방식으로 안전성을 확보함.
46. 포장을 이중으로 해서 충격으로부터 보호를 했다는 말임.
47. 복잡한 방식이다 보니 기술력이 필요했고, 한국 배터리사들의 경쟁력이 됨.
48, 테슬라가 충격적인 발표를 함.
49. 테슬라 전기차 일반형에 지금까지 쓰던 3원계 배터리가 아닌 인산철 배터리를 쓰겠다는 발표였음.
50. 인산철 배터리에 셀 투 팩 기술이 개발된 것이 주요 원인이 됨
51. 인산철 배터리는 3원계 배터리의 70% 정도 성능밖에 안 나와서 주행거리가 짧은 게 한계였음.
52. 셀 투 팩이 해결책이 됨.
53. 3원계 배터리는 안전성 확보 때문에 셀을 모듈로 감싸고, 모듈을 다시 팩으로 감싸는 이중포장을 했는데, 셀 투 팩은 모듈을 없애버림.
54. 모듈이 없어지고, 셀을 바로 팩에 포장을 해버리니, 모듈이 들어가는 공간에 셀을 더 넣을 수가 있게 됨.
55. 성능 차이를 기능 개선으로 극복하는 게 아니라, 더 많은 배터리를 넣어서 1회 주행거리를 3원 계 수준으로 맞춰버린 것임.
56. 모듈이 없어 이중포장이 안된다고 하더라도, 인산철 배터리 자체가 불이 잘 안 나다 보니 위험하지는 않다는 판단이 들어간 것임.
57. 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.
58. 리튬도 3원계는 1대당 60kg 이상의 수산화 리튬을 넣어야 하는데, 인산철은 수산화리튬 보다 훨씬 싸고 재활용에서 나오는 탄산리튬을 넣어도 되는 것임.
59. 인산철 배터리를 장착하는 경우 8% 정도 가격을 낮게 책정한 점등이 먹혀들어서, 테슬라가 판매하는 전체 판매차량의 절반 가까이에 인산철 배터리가 들어가고 있음.
60. 다만, 인산철 배터리는 특허 부분이 중국의 발목을 잡고 있음.
61. 인산 철 배터리 관련 특허는 노벨화학 상을 수상한 미국 굿이너프 교수가 가지고 있었는데, 배터리 양산을 BYD에 맡긴 후 BYD가 자체 개발을 했다고 발표를 하였고, 굿이너프 교수는 내 특허를 훔쳐서 만든 것이라고 특허 소송에 들어감.
62. 결국 인산철 배터리는 중국 내에 돌아다니는 전기차에는 쓰고 있지만, 특허 문제 때문에 수출을 할 수 없는 상태가 됨.
63. 2022년 말, 해당 특허 대부분의 효력이 만료됨.
64. 중국 인산철 배터리의 수출 봉인이 해제되면 세계 배터리 시장을 인산철이 석권하는 게 아니냐는 의문이 나올 즈음 크고 뚱뚱한 원통형 삼원계 배터리가 등장함.
65. 4680 원통형 배터리임.
66. 테슬라는 기존 모델 S와 모델 X에는 18650 원통형 배터리를 사용했음
67. 최근 출시한 모델 3와 모델 Y는 21700 원통형으로 바꿈
68. 18650는 지름 18미리에 길이 65미리라는 말이고, 21700은 지름 21미리에 길이 70미리라는 말임.
69. 조금 굵어지고 길어진 배터리로 바꿨다는 것임
70. 21700은 18650보다 크기가 커지면서 배터리 개수를 줄일 수 있을 뿐 아니라 개수가 줄어드니 관리도 쉬워진 것임
71. 18650에서 21700으로 바꾼다는 것은 이차전지 공정을 새로 세팅하고 수율을 잡야야 한다는 말임.
72. 이차전지를 만드는 공정을 보면 신제품 공정을 세팅하는 것의 어려움을 알 수 있음.
73. 이차전지는 고려청자를 만드는 과정과 비슷하고, 이중 유약을 만들고 이것을 발라서 말리는 과정이 중요함.
74. 이 공정이 코팅공정임.
75. 코팅은 동박(동으로 만든 필름)이나 알루미늄박(알루미늄 필름) 위에 양극재나 음극재를 얇게 여러겹으로 바르는 것을 말함.
76 코팅이 된 동박을 두루마리화장지 같이 감으면 원통형배터리가 되고, 차곡차곡 쌓으면 각형배터리가 되는식임.
77. 바르는 용액을 제조하고, 이것을 동박에 바른 후, 말리는 과정이 코팅이라 말은 쉬워 보임.
78. 코팅용액은 코팅에 남게되는 고형분과 코팅이 고르게 잘 되게 하는 역할을 한 후 증발해서 사라지는 용제로 나누어짐.
79.코팅용액의 고형분 제조가 가장 어렵고, 노하우가 필요한 영역임.
80. 고형분은 들어가는 비중 순으로 고분자,모노머,기능성분,분말,개선제,첨가제,개시제,표면처리제가 들어감.
81. 하나하나 알 필요까지는 없지만, 코팅용액 제조가 어렵다는 것은 이 고형분들을 비빔밥 만들듯이 한꺼번에 섞는게 아닌것임.
82.분말에 액체인 모노머와 표면처리제를 넣어서 믹서로 갈고, 다른 공정에서는 고분자에 액체인 모노머와 기능성분을 넣어 혼합을 한뒤, 개선제와 첨가제를 넣은 다음, 개시제 용액을 넣어서 이것을 굳히는 작업으로 돌아감.
83. 순서가 중요하고, 각각 넣는 비중, 넣는 시간, 넣은 순간의 온도, 습도, 분말을 믹서하는 속도등 거의 모든 부분에서 변수가 발생함.
84. 똑같은 사람이 똑같은 회사에서 만든 장비를 가지고 가서 설치를 해도 똑같은 결과가 안나오는게 코팅공정임.
85.코팅용액이 만들어지면, 이것을 동박(또는 알루미늄박)에 바르는 공정이 진행됨.
86. 코팅용액을 사인펜 같은 장비에 집어넣고, 사인펜에 동박을 롤러로 지나가게 해서 코팅용액을 바르게 됨.
87. 스프레이로 뿌리거나, 코팅용액에 동박을 담그는 방식등도 있지만, 균질하게 코팅이 잘 되는 사인펜 방식이 주류임.
88. 코팅공적의 마지막은 코팅된 동박을 단단하게 굳히는 공정임.
89. 코팅용액이 발라진 동박표면은 고형분등이 액체형태로 발라져 있는데, 열이나 빛(UV)을 가하고, 개시제를 넣게 되면 반응이 시작되며 액체가 겔 형태로 바뀌고, 완전히굳으면 코팅액과 동박은 하나의 고체가 되게 됨.
90. 공정을 볼때는 열로 굳히는 방법(열경화)인지 UV방식인지 확인할 필요가 있음. 열경화는 크고 비싼 장비지만, 자동차용 배터리등 제대로 성능이 나오는 방식이 열경화 방식이고, UV(빛)로 굳히는 것은 저성능에 가격이 싼 완구용 배터리를 만드는 정도임.
91. UV장비를 가져다 놓고, 자동차용 배터리를 만들겠다면 의심을 가져야 하는 포인트로, 컨콜등에서 이 점을 물어볼 필요가 있음.
92. 코팅 폭과 속도도 중요함.
93. 8.5cm폭에 분당에 40미터를 가는 공정부터, 13.5cm폭에 분당 150미터를 가는 공정까지 범위가 넗음.
94. 폭이 넓고 속도가 빠르면 그만큼 동일한 공정에서 많은 제품이 나오며, 가격 경쟁력을 가져갈 수 있음. 물론, 폭이 넓고 속도가 빠를수록 장비가격이 높아지고, 정교한 공정관리가 필요함.
95. 코팅은 코팅 소재를 동박이나 알루미늄박에 액체로 바른후 말리는 습식공정 방식과 코팅 소재에 가스나 전자빔등을 쏴서 입히는 건식공정으로 나누어 짐. 대부분 습식공정이지만, 테슬라가 건식공정을 자체공장에서 시도중인데, 아직은 수율을 못잡고 고생하고 있음.
96. LG엔솔도 EU에 이차전지 공장을 지으면서 수율 잡는데 고생을 함. 똑 같은 장비를 넣어도 수율이 안잡혀 한국에서 수율잡는 장인들이 대거 출장을 가서 몇개월씩 고생을 하기도 함.
97. 공정에 들어가는 물부터, 습한 날씨 등 단순하게 장비를 설치하고, 메뉴얼대로 만들어도 같은 결과가 안나오는게 코팅공정임.
98. 이렇게 용액을 섞어서 코팅하고 말려서 굳히는 전체 공정을 전극공정이라고 함.
99. 전극 공정 다음은 조립공정임.
100. 코칭된 필름을 돌돌 말거나, 차곡차곡 쌓은 다음 탭이라는 꼭지를 붙이고, 원통이나 사각, 봉지형등의 캔에 필름을 넣은 뒤, 전해질을 주입하고 캔 뚜껑을 닫는 공정임.
101. 조립이 끝나면, 충방전을 하고, 품질검사를 해서 출고를 하는 활성화공정이 마지막 단계가 됨.
102. 시제품 몇개를 연구실에서 만들수는 있을지 몰라도, 배터리의 수율 잡고 양산을 한다는 것이 힘들고 예민한 영역이고, 전문가 한두명에 직원 몇명 고용해서 결과를 내기 힘든 공정이라는 말이기도 함.
103. 일본 파나소닉은 18650을 21700으로 바꾸는 과정에서 수율을 잡지 못해 회사가 망할뻔하기도 함.
104. 파나소닉이 21700 배터리를 개발해서 수율을 80%이상까지 높이는데 2년 이상이 걸렸고, 수조원의 비용이 들어갔었음.
105. 수율이 16%라는 것은 84%가 불량품이라는 말임.
106. 불량품은 재활용업체에 넘겨서 원료를 일부 회수할 수 있지만, 매도 가격이 낮아서 실질적으로 거의 손실이라고 보면 됨.
107. 수율이 낮으면 낮을수록 불량품이 매출원가에 포함되어 수익이 나기 힘든 상태가 되는것임.
108. 수율이 이렇게 원가에 차지하는 비중이 높기 때문에, 현재 기술과 수율 측면에서 가장 앞서있는 LG엔솔이 영업이익율 8~9%, 삼성SDI가 5~6%이고, SK가 아직 수율을 못잡아 적자상태인 이유이기도 함.
109. 테슬라가 자체 이차전지 공장을 만드는 부분에 의심을 가지는 것도, 만들수는 있지만 수율을 잡는게 성공할까 하는 부분에 핵심이 있는 것임.
110. 테슬라가 배터리 데이때 만들겠다고 한 것은 4680임
111. 원통형 배터리는 얇은 호일을 돌돌 말아서 원통형 모양을 만듦.
112. 18650는 60cm 길이의 호일이 말려서 원통이 되었고, 21700은 18650보다 두꺼워진 만큼 호일 길이가 80cm로 늘어남.
113. 4680은 많이 뚱뚱해서 호일 길이가 385cm까지 나옴.
114. 원통형 배터리는 두루마리 화장지를 말듯이 호일을 말아야 하는데, 호일의 양쪽 끝에 양극과 음극 탭을 달게 됨.
115. 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.
116. 전자의 이동경로가 길어지면 배터리의 노화도 빨라지게 됨.
117. 크고 뚱뚱한 배터리라 용량은 크다고 하더라도, 전자의 이동경로가 길어져서 배터리의 노화가 빨리 오는 문제점이 4680에는 있었던 것임.
118. 테슬라는 꼭지를 없애는 탭 리스로 문제를 해결함.
119. 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.
20. 건전지의 위쪽 면 전체가 양극이 되고, 아래쪽 면 전체가 음극이 되니, 4680의 전자 이동경로는 385cm가 아니라 4680건전지의 높이인 8cm만 이동하면 되게 된 것임.
121. 4680은 다른 장점들도 많음.
122. LG에너지솔루션에서 생산하는 파우치형 배터리는 충격에 약하기 때문에 격벽을 만들고 셀 위에 완충제를 넣은 뒤 배터리팩의 뚜껑도 만들어서 덮어줘야 함.
123. 4680은 뚱뚱한 본체로 어느 정도 하중을 받을 수 있어서, 격벽과 뚜껑을 걷어내고 배터리팩 위에 철판 하나를 깐 다음 바로 시트를 얹을 수 있게 됨.
124. 격벽이나 추가 배터리팩 뚜껑, 완충제 등이 안 들어가다 보니, 더 많은 배터리를 집어넣거나, 더 많은 실내공간을 만들 수 있게 된 것임.
125. 인산 철 배터리가 셀투팩 기술로 추가 공간을 만들어서 주행거리를 늘렸다면, 4680은 팩 자체 공간도 줄여서 셀투샤시를 만들어 버린 것임.
126. 테슬라는 이 배터리를 연간 3,000기가 생산하겠다고 함
127. 미국 등에 배터리 공장을 계속 짓고 있는 LG에너지솔루션의 2025년 생산목표가 500기가인 것을 감안하면 엄청난 생산량임.
128. 4680은 30% 정도를 테슬라가 자체 생산하고, LG엔솔, 파나소닉, 삼성SDI등이 나머지를 채우는 식으로 공장 건설에 들어감.
129. 테슬라의 계획이 실현되면 인산철 특허가 풀려도 세계 시장을 장악하기는 힘든 분위기가 되고 있음.
130. 3년 뒤의 전기차 배터리 시장이 어느 정도 결정되어 있기 때문임.
131. 3년 뒤에는 LG엔솔이 전기 자동차에서 CATL을 넘어서 세계 1위 매출을 올리는 배터리사가 되는 것이 예정되어 있음.
132. 3년 뒤의 일을 어떻게 아느냐고 하지만, 전기차 배터리는 알 수가 있음.
133. 자동차 회사들은 3년 정도의 시간을 주고, 배터리사에 배터리를 선 주문함.
134. 단순히 물량만 선주문하는 게 아님.
135 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.
136. 현재 선주문 현황을 보면, 원통형 배터리는 도요타, 테슬라, 리비안, 루시드가 주문을 했고, 각형은 폭스바겐, 르노닛산이, 파우치형은 GM,스테란티스,혼다,현대기아,포드가 선주문하고 있음.
137. 중국기업을 제외한 11개 Global 전기차 기업의 배터리 선주문은 LG가 9개사, 파나소닉 3개사, 삼성, CATL, SK는 2개사에 단독 또는 공동으로 선주문을 받고 있음. LG엔솔은 현재까지 1,900GWh, 전기차 2,200만 대 분량, 440조의 세계 1위 수주잔량을 확보함.
138. CATL이 세계 1위의 전기차 배터리 판매사라고 하지만, 중국 내 판매하는 전기차를 제외하고 보면 폭스바겐과 테슬라에 다른 배터리사들과 공동으로 수주를 받은 정도임.
139. 2025년까지만 놓고 보면 LG엔솔의 수주량이 타사를 압도하고 있는 것임..
140. 현재까지 선주문된 배터리는 3원계나 인산철, 테슬라의 4680배터리가 아니라 4원계 배터리가 메인임.
141. 코발트, 니켈, 망간의 기존 3원계에 알루미늄을 추가로 섞어 4원계라고 부름.
142. 3원계 배터리는 인산철배터리보다 비싼 가격이 문제였음.
143. 3원계중 가장 기본이 되는 배터리는 니켈, 코발트, 망간을 6 대 2 대 2로 섞은 NCM 622 배터리인데, 코발트가 20%나 들어있어 가장 가격이 비싼것임.
144. 코발트를 줄이기 위해, 상대적으로 가격이 저렴한 니켈 함량을 70%까지 높인 NCM712에 이어서 니켈함량을 80%까지 올린 NCM811배터리가 나왔으며, 지금은 구반반까지 개발이 되고 있음.
145. 구반반은 니켈, 코발트, 망간이 9, 0.5,0.5가 섞인 배터리를 업계에서 부르는 말임.
146. 니켈이 많이 들어있다고 하이니켈배터리라고 보통 부름.
147. 4원계인 NCMA는 니켈을 85~90%까지 올리고, 가장 비싼 코발트를 5% 이내로 섞는 데다, 나머지를 가격이 싼 망간과 알루미늄을 섞어, 계획대로 생산되면 인산철보다 싼값에 공급할 수 있다고 함.
148. 배터리의 선주문 상태를 보면, 테슬라의 4680을 제외하면 4원계인 NCMA와 3원계중 하이니켈 NCM811이 주력임.
149. 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.
150. 테슬라의 4680배터리는 위에서 언급한 수율을 잡아야 하는 문제가 있음.
151. 같은 소재, 같은 설비, 같은 한국 기술자를 투입해도 LG엔솔이 폴란드에서 수율을 잡는 데 4년이 걸림. 지금도 같은 공장인데 라인에 따라 수율이 다른게 배터리 공장임.
152. 2022년 6월, 가장 빨리 테슬라에 4680을 공급한 게 파나소닉인데, 아직 수율이 50% 정도라 BEP가 나오는 80% 이상으로 수율을 높여야 하는 숙제가 있음.
153. 한국 배터리사들의 숙제는 자원 확보임.
154. 미국이 인플레이션 방지법을 발표하며 배터리 시장에 변수가 생김.
155. 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.
156. 북미에서 전기차를 생산해야 되는 조건은 2025년 현대차 전기차 공장이 미국에서 생산을 개시하므로 시간의 문제임.
157. 북미에서 생산한 배터리 부품도 LG엔솔등이 미국 공장을 진행하고 있어 어느 정도 해결이 가능함.
158. 문제는 두 번째 조항인 "미국 또는 미국과 FTA를 체결한 나라에서 생산한 배터리 광물 비중이 2023년 40%에서 2027년 80%까지 올려야 한다"라는 조건임.
159. 우리나라의 LG엔솔등이 만들어 수출하는 배터리 광물은 대부분 Made in China이고, 중국은 미국과 FTA가 체결되지 않은 나라임.
160. 한국 배터리 회사들의 4대 광물소재 중국 의존도는 양극재 47%, 음극재 81%, 분리막 70%, 전해액 66%로 의존도가 많이 높음.
161. 하이망간배터리의 망간은 99%를 중국에서 수입하고, 각형 배터리팩을 만들 때 들어가는 마그네슘은 95%가 중국산일 정도임.
162. 니켈은 인도네시아를 대안으로 보고 있음.
163. 인도네시아는 세계 매장량 1위의 니켈 보유국임.
164. 지금까지 인도네시아는 니켈 원광석을 중국에 수출하고, 중국이 이것을 제련해서 세계 시장에 공급을 하고 있었음.
165. 인도네시아 그랜드 패키지는 인도네시아의 국영 광물회사들과 LG엔솔등이 참여해서, 인도네시아가 중국에 니켈 원광석을 수출하는 게 아니라 직접 제련을 해서 니켈 제품을 세계시장에 바로 수출하는 90억 불(11조) 짜리 프로젝트임.
166. 리튬이나 흑연 등의 경우 포스코홀딩스와 포스코케미칼이 과거 욕먹어 가면서 구입한 아르헨티나의 리튬 염호, 호주의 리튬과 흑연 광산 등에서 채굴부터 제련 및 상품화까지를 하는 이차전지 풀 밸류체인을 준비하고 있음.
167. 중국 CATL은 EU에서 답을 찾고 있음.
168. 짝퉁 4680 배터리를 EU에 공급하는 계약을 체결한 것임.
169. 4680 배터리는 지름 46mm 길이 80mm의 원통형 배터리임.
170. 중국 CATL은 내부에 자체 기술이 들어가고, 외형만 4680의 크기인 원통형 배터리 공급계약을 BMW와 체결함.
171. CATL은 독일에 배터리 공장을 준공했고, 헝가리 공장을 2027년 완공 목표로 건설하고 있음.
172. 배터리 업계는 선 수주, 후 공장 전략이 기본임. 독일에서는 벤츠와 BMW, 헝가리는 폭스바겐과 스텔란티스등에 배터리 공급이 예정됨.
173. 46파이는 독일 에르푸르드 공장에서 만들어, 2025년부터 BMW의 전기차 라인업에 공급하기로 함.
174. 테슬라의 4680배터리가 아닌 46파이(지름 46mm)라는 이름으로 생산을 해서, 테슬라가 아닌 EU 전기차에 공급을 하는것임.
175. 중국이 외형은 4680을 따라간다고 하더라도, 성능과 수율이 4680까지 도달할 지가 관전포인트임.
176. 테슬라의 4680은 12조원의 개발비용을 쏟아부어서 나온 결과물이고, 테슬라가 보유한 467건의 배터리 특허가 들어있음.
177. CATL이 외형은 46mm로 만든다고 하더라도, 촘촘한 테슬라 특허의 벽을 피해서 유사한 성능과 수율을 보여줄 수 있는지는 지켜봐야 함.
178. 2차 전지 시장의 게임 체인저는 전고체 배터리임.
179.전고체(All-Solid-State)는 단어 그대로 모든 게 고체인 배터리를 말함.
180. 현재의 2차 전지 주력 배터리인 삼원계 배터리는 양극,음극,분리막, 전해질로 구성이 됨.
181. 양극과 음극 사이에 액체 상태인 전해질을 채우고, 분리막을 사용해서 양극과 음극이 닿지 않게 하고 있음.
182. 액체 상태인 전해질을 넣는 게 아니라 고체로 넣는 게 전고체 배터리임.
183. 전해질을 고체로 넣으면 몇 가지 큰 장점이 생기게 됨.
184. 양극과 음극이 닿지 못하게 분리막을 넣는데, 고체인 전해질을 넣게 되면, 전해질이 분리막 역할을 하기 때문에 분리막을 없앨 수 있음.
185. 안전성도 좋아짐.
186. 액체 전해질을 사용하는 경우 온도 변화로 인한 팽창이나 외부 충격에 의한 누액 등으로 배터리가 손상되고, 화재의 위험이 존재함.
187 화재 위험을 막기 위해, 셀을 모듈로 감싸고, 모듈은 다시 팩으로 감싸는 이중포장을 하는 것임.
188. 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.
189. 현재 배터리에서 분리막, 모듈, 팩 등 안전장치가 차지하는 면적이 전체 배터리의 절반쯤이 됨.
190. 안전장치가 차지하던 자리를 음극재와 양극재로 채우게 되면 같은 면적에 두 배 가까운 용량을 채울 수 있음.
191. 전고체 배터리가 일반 배터리보다 2배 이상 오래간다는 이유는 성능이 좋다기보다 같은 면적에 더 많은 용량을 채울 수 있어 그런 것임.
192. 전고체 배터리를 만드는 방식은 크게 산화물계와 황화물계가 주력임.
193 일본의 무라타 등이 전고체 배터리에 성공했고 내년부터 양산을 하겠다고 공장을 만들고 있는 것은 산화물계임.
194. 산화물 계열의 문제점은 용량을 키우는 데 한계가 있음.
195. 무선 이어폰에 들어가는 배터리가 100mah 정도 용량이 필요하다면, 핸드폰에는 4,000mah가 필요하고, 자동차는 100ah 용량이 필요할 정도로 자동차로 갈수록 큰 배터리 용량이 필요함.
196. 내년에 양산한다는 일본의 산화물계 공장은 무선 이어폰이나 소형 가전제품에 들어가는 정도까지는 커버가 되지만, 핸드폰부터는 용량이 간들간들하는 수준임.
197. 핸드폰도 어려운데, 핸드폰보다 훨씬 많은 배터리 용량이 필요한 전기차는 이번 산화물계 공장에서는 커버할 수 없는 영역이라는 말임.
198. 도요타가 전고체를 하이브리드부터 적용하겠다는 이유도 배터리 용량의 한계를 아직 극복하지 못한 것이 원인일수 있음.
199. 자동차는 황화물계로 가야 하고, 현재 전 세계에서 도요타, 닛산, 혼다 등이 2025년 정도 황화물계 전고체배터리의 양산 일정을 이야기하고 있지만 세부 일정은 나오지 않고있음.
200. 황화물계의 구체적인 양산 일정이 나온 것은 삼성SDI 정도임. 삼성SDI는 올해 상반기에 전고체 파일럿 생산을 하겠다고 일정 발표를 함.
201. 반면에, 도요타는 전고체 배터리의 수명이 짧아지는 문제를 해결 못하고 있다는 발표를 함.
202. 도요타가 개발 중인 전고체배터리의 경우 충방전을 반복하면 전극에 사용되는 재료들 간의 사이에 틈이 생긴다는 문제가 공개됨.
203. 많이 뒤처진 듯 보였던 삼성SDI가 전고체에 앞서가는 모습을 보이는 부분에는 여러 가지 해석이 있음.
204. 부정적인 해석으로는 3원계 배터리는 LG엔솔에 밀리고, 리튬인산철배터리는 중국 CATL이 주도하고 있으니, 차세대인 전고체에 희망을 가지고 전력을 집중하고 있다는 것임.
205. 약간 다른 해석도 가능함.
206. 현재 3원계에서 전해액을 넣은 방법은 전해액을 주사기와 비슷한 기계로 주사를 한 후, 전해액을 화학반응시켜, 액체인 전해액을 젤리같이 만드는 방식을 쓰고 있음.
207. 액체가 들어가 비어있는 공간이 없이 전해액을 채운 뒤, 그 액체를 젤리로 만들어 안정시키는 방식임.
208. 전고체는 액체를 주입하는 게 아니라 고체인 가루를 넣는 방식임.
209. 고체 상태 가루를 넣으면 액체보다는 빈 공간을 채우기가 쉽지 않아 비어있는 공간이 많이 생기게 됨.
210. 이 빈 공간을 없애는 기술이 있음.
211. 메모리 반도체에 사용되는 정밀적층코팅 기술임.
212. 삼성SDI의 계열사에 메모리 반도체의 존엄인 삼성전자가 있는 부분이 비대칭전력이 될 수 있다는 것임.
213.삼성전자 종합기술원이 전고체 개발에 상당 수준 발을 담그고 있고, SDI와 협업하며 연구결과를 계속 발표하고 있음.
214. 이재용 부회장과 현기차의 정의선회장이 만났을 때 나눈 말이 전고체가 중요하다는 것이었고, 삼성SDI 개별 기업이 아니라 삼성그룹 차원에서 전고체에 힘을 쏟고 있다는 말이기도 했음.
215. 현대차는 2025년에 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 시범생산하고, 2030년 양산하는 계획을 가지고 있음.
216. 삼성SDI의 전고체 배터리 양산 일정이 2027년으로 잡혀 있는 것을 감안하면, 삼성SDI가 전고체 양산에 성공하면 납품처는 현대차가 될듯함.
217. 이재용 삼성전자 회장과 정의선 현대차그룹 회장이 만나는 자리에서 2차례나 전고체 배터리 연구현황을 논의하는 것을 보면, 삼성전자와 삼성SDI는 전고체 배터리 개발을 진심으로 하고 있는것으로 보임.
218. 전고체배터리가 개발되어 양산된다고 하더라도 문제가 남아있음.
219. 전고체배터리가 안전하고 오래가는 장점이 있지만, 현재 3원계 배터리에 사용하는 리튬보다 훨씬 비싼 황산화 리튬을 써야 함.
220. 황산화 리튬외에도 배터리내 전기를 일으키는 반응을 담당하는 활물질을 은으로 코팅하는등 원가상승 요인이 많아보임.
221. 배터리사 혼자 배터리를 만드는 것이 아님.
222. 전고체를 하게되면, 새로운 제조설비, 소재등의 납품이 필요하니, 협력사들이 제조설비를 만들고, 여러가지 새로운 재료를 납품하려면 비용이 추가될 수 밖에 없음.
223. 전고체 배터리가 상용화에 성공하더라도 3원계보다 2배 가까운 가격이 나올수도 있다는 예상이 나오는 이유임.
224. 테슬라가 보급형에 인산철배터리를 넣고, 고급형에 3원계를 넣듯이, 차세대 전기차 배터리도 보급형은 3원계와 인산철이 경쟁하고, 고급형에 전고체를 사용하는 방식으로 시장이 나누어질수도 있음.
225. 이차전지 시장에 한국 기업들의 경쟁력은 나쁘지 않음.
226. 옥석만 잘 구분하고, 너무 비싼 가격에 진입하는 부분만 조심하면, 최소 3년 정도는 빠른 성장이 예상되는 시장임.
227. 테슬라 자체공장은 아직 4680 수율을 잡지 못하고 있음.
228. 건식공정으로 코팅을 하는 공정뿐만 아니라, 탭리스의 용접이슈도 해결을 못하고 있는 상황임.
229. LG엔솔과 삼성SDI등에서 기술자들를 스카웃해갔지만, 전체 공정을 다 커버할 수 있는 장인을 확보하지 못해, 군데군데 빈틈이 있는 것으로 알려지고 있음.
230. 2021년말에 이미 테슬라가 수율 80%에 올랐다는 이런 과장된 기사들을 조심해야 하는 이유임.
투자 포인트.
- 혁신적이고 좋은 제품을 개발하는 것과 이것을 높은 수율로 돈이 되게 양산하는 것은 다른 이야기임.
- 한국 배터리 3사의 잘 안보이는 경쟁력이 수율잡는 장인급 기술자들을 가지고 있는 것 일수 있음.
- 자동차사들의 자체 배터리 생산은 수율단계에서 문제가 발생할 가능성이 높음.
- 실체없이 이차전지를 시도한다는 사업계획 만으로 오른 회사들만 잘 걸러내고, 단기간에 너무 오른 주가만 조심하면 이차전지는 아직 중장기적인 유망 영역으로 보고있음.
- 배터리를 만들겠다는 회사를 볼때, 코팅공정(열경화인지 UV방식인지), 코팅폭( 8.5cm인지 13.5cm인지), 코팅속도(분당 40m인지 150m인지)등이 실체와 실력를 확인할 수 있는 체크포인트 이기도 함.
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다른 시각으로 세상을 정리해 봅니다. 네이버 메르의 블로그에 글을 쓰고 있습니다
- Logan · 일 년 전
어려운 내용이지만 잘 서술해 주셔서 이해하기 좋았습니다. 너무나 유익한 내용 공유 감사드립니다.^^ - 붐 · 일 년 전
전고체 시대 도래하더라도, 양극재 중 특히 리튬 수요는 계속될 것 같다는 말씀이신데, 한국 배터리 기업들의 양극재 원재료 확보 미래에 대해 어떻게 전망하시나요? 포스코의 염호 외엔 딱히 방법이 없는 걸까요?- 메르 · 일 년 전LG엔솔은 중국과 미국회사 두곳으로 확보처를 이원화 하려는 중이고, 나머지 배터리사들은 중국사들과 합작회사를 통해 확보하려고 하는 중입니다. 중국이 세계 광산들을 워낙 많이 확보하고 있어 쉽지는 않은 상황입니다.
- 붐 · 일 년 전
@메르
감사합니다. 빅팬 입니다 ^^
- 카프리카 · 일 년 전
완전 잘 보고 갑니다. 유익한 정보 감사합니다~ 해당 댓글은 삭제되었습니다.
- 호랭이형님 · 일 년 전잘 읽었습니다만 몇 가지 수정 하고 싶습니다. LFP 셀투팩을 적용하여도 3원계 만큼의 용량은 나오지 않습니다! 코팅폭은 셀 디자인마다 다릅니다. 8.5cm, 13.5cm이라는 숫자에 목메이지 않으셔도 됩니다. (50cm 이상의 코팅도 있습니다.) 추가로 현재 업계에 가장 큰 이슈는 용량도 있지만 '안정성'입니다. LFP로는 이 안정성의 조건을 충족 할 수가 있습니다. (UN TP 규정) 하지만 Ni 함량이 높은 베터리 일수록 조건을 만족 시키기가 힘듭니다. 따라서 베터리 제품군을 안정성의 이유로 미드 Ni + LFP 군으로 확대하는게 추세입니다. 베터리 안정성도 공부하기에 좋은 주제라고 생각합니다.
- 메르 · 일 년 전댓글이 날아간듯하네요. 코팅폭은 업체가 시험생산 수준인지를 보는 차원에서 너무 좁은 폭은 유의하자는 정도 일듯합니다. 안정성도 좋은 주제네요 공감합니다
- 홍아저씨 · 일 년 전
안녕하세요! 글 잘 보고 있습니다. 현재 4680베터리 관련하여 자료들을 많이 찾아보고 있는데, 제가 들은 바에 의하면 아직 4680의 세부 스팩 같은 것이 결정이 안 되었다고 들었습니다. Ex. NCMA 혹은 NCM으로 간다면 배합비 혹은 top cap 의 스팩 등 파나소닉이 테슬라에 4680을 납품하였다고 하셨는데, 현재 대량 양산을 해서 납품을 하고 있는 상황인가요? LG 같은 경우에는 내년 중순 이후에나 납품이 가능하다고 하여 궁금해서 여쭈어 봅니다. 또한, 납품하였다는 자료나 현재 베터리 사들의 수주 잔고는 어디에서 확인이 가능한지 궁금합니다!- 메르 · 일 년 전수주잔고등은 관련 전문지나 업체 내부에서 레포트로 나오고 있는 정도입니다. 파나소닉은 원래는 올해 4월부터 양산하겠다는 계획인데, 9월전에 하겠다고 일정이 지연되고 있습니다. 수율 이슈 같습니다
- 호랭이형님 · 일 년 전텍사스 공장에서 테슬라 자체 4680 이미 생산중 입니다. 수율 정보는 모르지만 기대만큼의 성능 변화는 없다가 아직까지의 내용입니다.
- 메르 · 일 년 전
@호랭이형님
4월까지는 수율을 못잡고 있는것이 업계 공통적인 인식이고, 그 이후에 잡았다는 정보가 없네요. 테슬라 자체공장 이야기 입니다
- 움캬캬 · 일 년 전
유익한 정보 감사합니다~
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