“전기차용 이차전지”… 시장 트렌드 및 기술 개발 전망

최근 주요 선진국을 중심으로 탄소배출량, 연비 등 자동차에 대한 글로벌 환경규제가 본격화되고 있다. EU는 신차의 CO2 발생량을 제한하고 있으며, 미국은 연비 규제 강화 및 전기차에 대한 연방보조금 대상을 확대하는 등 전기차 보급확대 정책을 시행 중이다. 이에 전기차에 사용되는 이차전지 시장은 '30년까지 연평균 30% 이상의 고성장이 예상되고 있다.

현재 전기차용 배터리 시장은 한 중 일에 집중되어 3개국의 6개사가 글로벌 시장의 약 77%를 점유하고 있다. 이차전지 산업의 특정 국가 기업 의존도를 저감하기 위해 주요 수요국은 징벌세를 통한 현지 생산 유도(미국), 권역 내 배터리 서플라이체인 구축 시도(유럽) 등 자국산업 보호 움직임을 보이고 있다. 또한 완성차 제조사들도 배터리 제조사와의 협업 등을 통해 배터리 산업의 신규 진입을 모색 중이다.

기술적으로는 전기차의 주요 성능(주행거리, 수명, 충전속도 등)을 향상시키기 위한 4대 소재(양극재 음극재 분리막 전해질) 기술이 고도화되는 동시에 완성차 제조사들의 전기차 플랫폼 구축에 따른 완성차별 독자적인 기술표준이 강화되는 추세이다. 또한 기존 배터리 시스템보다 안정성이 높은 전고체전지 기술 대비가 본격화되는 등 기술 진보가 가속화되고 있다.

전기차용 배터리 시장에서는 한?중?일 6개사가 글로벌 시장의 약 77%를 점유하고 있으며, 중국시장 제외 시 90% 이상을 점유하고 있다. 글로벌 전기차용 배터리 시장에서는 중국 CATL이 '20년 기준 점유율 24.0%로 1위이며, 한국 기업들은 공격적 증설 및 우수한 품질 기반의 수주 확대로 전년 대비 점유율 제고 한다.

배터리 시장은 높은 기술 진입장벽과 상위 업체들의 공격적 증설로 인해 과점 심화 추세이다. '20년 기준 Top5 업체가 글로벌 시장의 78% 이상을 차지하고 있으며, 상위 업체들의 점유율은 '15년 이후 지속적 확대되고 있다. 중국의 경우 '15년 이후 신규 업체들의 시장 진출이 활발히 진행되었으나, 글로벌 Top5 업체인 CATL, BYD의 자국 내 지배력은 오히려 강화되었다.

최근 시장 트렌드는 환경규제 본격화 및 자국산업 보호 추세이다. CO2 배출량, 평균연비 등 자동차에 대한 글로벌 환경규제 본격화되고 있다. 유럽의 EU는 EURO6 정책을 통해 신차의 CO2 발생량을 제한하고 있으며, 최근 CO2 배출량 기준치 및 벌금 규모를 모두 강화하면서 완성차 제조사들의 전기차 생산 압박 가중 되고 있다.

완성차 제조사들의 배터리 사업 계획

테슬라는 Panasonic과의 협업 외에도 배터리 관련 업체들을 인수하였으며, '20년에는 배터리 내재화 계획을 발표 되었다. 테슬라는 Panasonic과 함께 배터리 공장 '기가팩토리'를 설립한 후 지속적인 증설했다. Maxwell(美 배터리 업체), Hibar Systems(美 배터리 장비업체), ATW 오토메이션(獨 배터리 조립업체)을 인수했다.

폭스바겐은 스웨덴 배터리 업체인 Northvolt와 협력관계 강화 및 배터리 생산 내재화를 통해 '30년까지 연산 240GWh 규모의 배터리 공장 신설 계획되었다. 폭스바겐은 '19년 약 9억유로를 투자하여, Northvolt의 지분 20% 취득했다.

GM, 포드의 경우 GM은 LG에너지솔루션과 포드는 S이노베이션과 미국 내 합작사 설립하고 또한 포드는 미국 미시간주에 배터리 개발센터 설립 계획이다.

BMW, 현대기아차의 경우 BMW는 배터리 자체 생산기술 확보 노력 중이며, 현대기아차는 차세대 배터리 기술 확보에 주력하고 있다. BMW는 '19년부터 '배터리 셀 역량 센터'를 통해 배터리 생산 관련 R&D를 활발히 진행 중이며, '22년까지 독일 뮌헨의 배터리 파일럿 설비 완공 및 가동 예정이다. 현대기아차는 미국 전고체 배터리 스타트업인 솔리드에너지시스템에 1억달러를 투자하는 등 차세대 배터리 기술 확보에 주력하고 있다.

그 외 독자적인 배터리 생태계 구축을 시도하고 있는 유럽에서는 각국의 스타트업들이 배터리 공장 신설 시도 하고 있다.

배터리 소재 기술 고도화는 배터리 업계에서는 에너지밀도 증가, 수명 연장, 충전속도 단축, 가격경쟁력 제고 등을 위한 소재 기술 고도화가 진행되고 있다. 에너지밀도는 1회 충전 시 주행거리는 전기차의 가장 중요한 요소로, 배터리 제조사들은 양극재의 니켈 함량 증가, 음극재의 실리콘 첨가 등을 통한 에너지밀도 개선으로 주행거리 향상을 꾀하고 있다.

수명연장은 현재 전기차의 충 방전 횟수는 800회 수준으로, 배터리 제조사들은 안정적인 양극재 및 신규 전해질 도입 등을 통해 수명 제고 노력하고 있다. 충전속도는 급속충전을 위해서는 고전압 고전류 구동이 가능한 배터리가 필요하며, 음극재에 실리콘을 첨가하여 리튬 흡수량을 개선하는 방법 등으로 충전속도 개선되었다.

가격경쟁력은 전기차는 향후 10년 이내에 내연기관차 수준의 가격경쟁력을 갖출 것으로 전망되며, 코발트 비중을 줄인 양극재 사용 등을 통한 셀가격 하락이 전기차 가격경쟁력의 핵심이다.

에너지밀도 개선 등의 요구사항을 만족시키기 위해 배터리 제조사들은 양극재, 음극재 등 주요 소재 지속 개발하고 있다. 국내 배터리 3사는 적극적인 연구개발을 통해 4대 소재를 개선하며, 배터리 업계의 기술 향상을 선도하고 있다.

차세대전지 기술 대비는 기존 배터리 시스템으로는 안정성 및 용량 개선에 한계가 있어, 주요 배터리, 완성차 제조사들은 차세대전지 기술 개발 진행 중이다. 기존 배터리 시스템은 전해질이 액체로 되어 있어, 온도 변화에 따른 증발, 외부충격 시 누액으로 인한 폭발 발생 등의 문제점 존재한다. 차세대전지로는 전해질이 고체로 되어 있어 안정성이 높은 전고체 전지가 유력하다.

일본 Toyota가 선도적으로 전고체전지 차량의 상용화를 추진하는 가운데 미국·대만 등의 전고체전지 스타트업도 '25년까지 양산 목표이다. LG에너지솔루션, 삼성SDI, CATL 등 주요 배터리 제조사들은 '25~'27년 소량 생산을 목표로 개발 중 이다.

향후 전망은 완성차-배터리 업계 내 활발한 협업 이어질 전망이다. 완성차 제조사와 배터리 제조사 간의 배터리 동맹이 강화되고 배터리 제조사와 소재 업체 간 협력도 강화되는 추세이다. 배터리 분야는 폭발의 위험 등으로 인해 밸류체인 내 업체들 간 긴밀한 협업을 통해 배터리 성능이 개선되는 구조로, 배터리 기술 고도화에 따라 완성차 제조사와 배터리 업계의 협업은 강화될 전망이다.

완성차 제조사로서는 배터리의 원활한 수급 및 자체 기술 표준을 반영한 제품제조에 유리하며, 배터리 제조사, 소재 업체들은 수요처와의 협업 강화를 통해 기술표준 대응 및 안정적 수주에 있어 우월한 고지 확보 가능 하다.

테슬라 – Panasonic에 이어 GM - LG에너지솔루션, 포드-SK이노베이션 등 주요 완성차 제조사들과 배터리 제조사 간 합작 공장 설립 지속되고 있다. 합작 공장 외에 배터리 신기술 개발, 재활용 방안 연구 등 기술 제휴도 활발하다. 그 외 에코프로비엠-삼성SDI의 NCA 양극재 합작사 설립, LG에너지솔루션-일본 도레이의 분리막 합작사 검토 등 배터리 제조사와 소재 업체간 합작사도 등장 하고 있다.

시장규모 확대, 완성차 제조사와의 합작사 설립 등에 대응하기 위한 배터리 제조사들의 공격적 증설이 이어질 전망이다. 전기차 수요 급증에 대응한 생산시설 확보 외에도 주요국의 자국산업 보호로 인한 역내 생산 거점 필요, 완성차 제조사와의 합작사 설립 등 신 증설 요구 증가하고 있다. 배터리 제조사들은 주요 수요 시장인 미국·유럽·중국을 중심으로 활발한 투자 중으로, 주요 배터리 제조사의 '25년 시설능력은 '20년의 약 4.5배 수준일 것으로 전망된다. 배터리 제조사로서는 대규모 증설을 통한 규모의 경제로 배터리 생산 단가 하락도 도모할 수 있어 당분간 공격적 증설이 이어질 전망된다.