리튬이차전지의 시장 현황

2011/03/21 15:00

1. 리튬이온전지 시장의 확대

지난 번에 리튬이온 이차전지의 기술 현황에 대한 글을 다뤘는데요, 이번에는 친환경 자동차용 리튬이온 이차전지의 시장현황에 대해서 글을 써볼까 합니다. 친환경 자동차용 이차전지 시장은 어떤 종류의 차종이 시장을 주도하느냐에 따라 결정이 될텐데요, 현재 상용화가 어느 정도 완료된 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 주로 사용되는 니켈수소전지의 영향력이 크지만 PHEV(Plug In Hybrid Electric Vehicle), EV등이 상용화되어 시장에 진출함에 따라 리튬이온전지가 대세를 이룰 것으로 전망됩니다. HEV의 경우는 가솔린 엔진을 주동력원으로 사용하지만 PHEV EV는 전기모터를 주동력으로 사용하기 때문에 에너지밀도가 크고 용량이 큰 리튬이온 이차전지가 반드시 사용되어야 하기 때문입니다.

 

  <그림1 친환경 자동차 예상판매추이>       <그림2 친환경 자동차용 이차전지 수요 예상>

 

2. 리튬이온전지의 Value Chain

리튬이온 전지산업은 크게 Cell 제조와 소재산업으로 나눠집니다. 소재산업은 이차전지를 이루는 양극활물질, 음극활물질, 전해질, 분리막 등을 만드는 생산업체가, 소재산업은 이러한 소재들로 이차전지를 생산해내는 생산업체들이 시장을 주도하고 있습니다.

 

2-1. 소재 산업


<그림3 리튬이온전지 제조원가 구성비와 원료비 구성> 

원료비는 리튬이차전지 제조원가의 75%를 차지하는 중요한 요소로 향후 전지시장의 성장과 더불어 소재시장 역시 빠르게 성장할 것으로 전망됩니다. 이러한 원료비는 양극활물질 35%, 음극활물질10%, 분리막20%, 전해질15% 등으로 구성되는데요, 각각의 소재들의 특징과 시장현황에 대해 알아보겠습니다.

 

 

양극활물질

<그림 4 양극활물질 생산업체의 시장 점유율>


양극을 이루고 있는 물질로 전자를 받아 양이온과 함께 자신은 환원되는 물질로 이차전지전체 재료비의 35%, 중량비는 29%를 차지하는 소재 중 가장 큰 시장규모를 갖는 소재입니다. 양극활물질 생산기업은 일본업체인 Nichia, Toda, 국내 기업인 엘앤에프 등이 있는데요, 일본계 업체의 뒤를 한국과 중국기업들이 바짝 추격하고 있는 상황입니다. 국내 기업인 LG화학은 in-house 비중이 높아지고 있는 추세입니다.

현재 양극활물질 중 가장 많이 쓰이고 있는 재료는 제조가 쉽고 대량생산이 용이한 코발트산리튬(LiCoO2)인데요, 여기에 사용되는 코발트는 희토류 금속으로 향후 수급문제가 발생할 가능성이 있고 불균등하게 매장되어 있어 가격이 불안정할 수 있습니다. 따라서 매장량이 풍부하고 가격이 낮은 망간과 니켈을 이용한 니켈산리튬(LiNiO2)과 망간산리튬(LiMn2O2)의 사용이 증가할 전망입니다. 하지만 LiNiO2은 사용 가능 용량이 상대적으로 높은 장점이 있는 반면 작동전압이 LiCoO2에 비해 다소 떨어지며 안정성에도 문제가 있습니다. 또한 LiMn2O2은 과충전에 안전하고 가격을 크게 낮출 수 있지만 개발 중 고온에서 Mn이 용출되어 결정구조가 파괴되는 문제점이 있습니다. 이외에도 중국BYD에서는 LiFePO4를 사용한 리튬이온전지를 자사의 전기자동차에 적용하려고 시도 중 입니다.

 

음극활물질

                                  <그림5 음극활물질 생산업체의 시장 점유율>

산화되면서 도선으로 전자를 방출하는 소재로 전체 재료비중의 약 10%정도를 차지합니다. 음극활물질의 소재로는 흑연계가 주로 사용되는데요, 낮은 흡착/방출 전압 및 충·방전시 작은 부피변화 등의 특성을 보이기 때문입니다. 그림5 그래프를 보시면 일본계업체들이 많은 점유율을 차지하고 있는 것을 알 수 있습니다. 국내기업이 음극활물질 생산에 어려움을 겪는 이유는 흑연의 주산지인 중국과의 가격경쟁이 어렵고 일본의 기술력이 뛰어나기 때문입니다. 또한 수익성과 시장규모가 그리 크지 않고 일본과 중국업체들이 과점하고 있기 때문에 시장진입이 쉽지 않은 상황입니다.

전해질

리튬이온전지에서 전해질은 양극과 음극 사이에서 리튬이온의 이동을 가능하게 해주는 매개체 역할을 합니다. 안정성을 위해 리튬이온과 반응하지 않는 특성이 필요하고(따라서 수용액이 아닌 유기용매가 쓰임) 이온전도도가 높아야 하고 충 방전 시 분해되지 않아야 합니다. 주로 LiPF6, LiPF4, LiAsF6, LiCIO4 등의 리튬복합염이 사용되며 용매로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등이 사용되고 있습니다. 전해질 시장에서는 제일모직이 두각을 나타내며 점유율 1위를 달리고 있고 미쯔비시나 우베 같은 일본업체들이 강세를 보이고 있습니다.

 

분리막


<그림 6 분리막 기업별 시장 점유율>


분리막은 이온전달의 통로를 제공하는 다공성 막으로 양극과 음극의 접촉을 방지하는 역할을 합니다. 리튬이온전지 전체 재료비중 20%정도를 차지하며 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 주로 사용되고 있습니다. 현재 일본업체인 Tonen, Asahi, Ube 등이 세계 시장의 50%이상을 점유하고 있으며 국의 Celgurd 25%, 국기업인 SK에너지가 국내 최초와 세계 3번째로 독자 개발에 성공하여 시장에 진출하고 있으며 원료부터 전지까지 수직계열화의 기반을 마련하였습니다.

 

2-2 제조 산업

제조 산업 현황에서 가장 주목해야 할 부분은 전기자동차를 생산해내는 자동차업체와 전기자동차의 심장이라 할 수 있는 이차전지를 생산하는 전지업체의 전략적 제휴가 이루어지고 있다는 점 입니다. 전지는 가솔린 엔진을 대신하는 부품인데다 자동차업체들은 전기자동차 시장뿐만 아니라 내연기관 자동차 시장 확대를 병행해야 하는 부담을 안고 있기 때문에 자동차 업체들은 안정적으로 전지를 확보해야 하는 상황입니다. 반대로 전지업체 입장에서는 전지를 안정적으로 공급해 줄 확실한 고객이 필요한 상황이기 때문에 많은 전지-자동차 업체들의 협력이 이루어지고 있습니다.

                                    <그림7 전지기업과 자동차기업 제휴 관계>

현재 미국과 일본 업체들과 함께 국내에서는 LG화학, 삼성SDI 등이 전기자동차용 이차전지 Cell제조를 하고 있으며, 국내외 자동차기업과 제휴를 맺고 있습니다. LG화학과 삼성SDI는 그간 쌓아온 소형 이차전지 기술과 안정적인 재무구조를 바탕으로 시장에 진출하고 있습니다. 삼성SDI의 경우 보쉬와 합작사인 SB Limotive를 설립하여 BMW와 독점 계약하여 2013년부터 8년간 공급하기로 했습니다. 국내 최초로 리튬이온전지를 개발한 LG화학은 미국의 GM, 국내기업인 현대/기아와 계약을 체결하는 등 국내외 다양한 자동차기업들에 배터리를 공급하며 중대형 전지 시장에서 가장 앞서나가고 있는 기업입니다.

현재로서는 전지를 제대로 공급할 수 있는 기업이 많지 않고 기술이 정형화되지 않았기 때문에 전지업체들이 주도권을 쥐고 있지만 자동차 업체들은 자체적으로 개발 또는 지분 참여 등을 통하여 전지 기술을 확보하려 하고 있습니다. 따라서 자동차업체들이 자체적인 전지 생산 기술을 갖추거나 기술의 표준화가 이루어진다면 많은 전지 업체들이 가격 경쟁에 휩싸일 가능성도 있습니다. 즉 초기에는 전지 자체를 개발하고 생산할 수 있는 기업들이 힘을 갖겠지만 전지 기술의 표준화가 이루어진다면 자동차기업이나 대형 부품 전문 기업들이 주도권을 장악할 것으로 보입니다.

 

3. 코멘트

세계 각국의 연비와 배기가스 규제가 심해지고 있고 각국 정부들의 전기자동차의 보급확대를 위해 세제 혜택이나 파격적인 보조금을 지원하고 있습니다. 이러한 지원에 힘입어 최근에는 거의 모든 자동차업체들이 전기자동차 생산에 집중하고 있어 2020년에는 전체 자동차 시장의 20%에 이를 것으로 예상되고 있습니다. , 전기자동차의 확산이 불가피해짐에 따라 전기자동차의 핵심 부품인 이차전지 시장도 크게 확대될 것이 분명합니다. 전기자동차 시장의 성장은 앞서 말한 전지산업(소재, 제조산업)뿐만 아니라 전력 및 에너지 산업에도 큰 영향을 줄 만큼 강해졌다고 볼 수 있습니다. 따라서 이러한 총체적인 산업의 변화에 발맞춰 기업들의 한발 빠른 판단으로 기술 개발이나 인프라 구축 등 다각화된 대응을 하는 것과 정부의 일관된 정책추진이 중요하다고 생각합니다. 특히 국내 전지기업들의 경우 생산기술에 있어서는 세계 최고의 수준이지만 소재, 부품 기술은 아직까지 일본에 비해 많이 부족하기 때문에 제조원가를 줄이기 위해서는 원천기술의 확보가 시급하고, 자동차업체들로부터 주도권을 지키려면 확장성 높은 기술력을 확보하는 것이 중요하고, 생각합니다.

 

참고 및 사진 출처

- 전기자동차가 몰고올 변화의 물결 (김경연 연구위원, LGERI 리포트)

- 친환경 자동차용 리튬이온전지산업의 현황 및 전망

- 한국투자증권
- 전자부품연구원
 

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