최근 2차전지 섹터가 주목을 받으며 주가에 큰폭의 상승이 있었고, 오늘('23/7/01) 에코프로는 100만원을 돌파했다.
전기차 시장의 확대, 미국IRA법안, 유럽의CRMA 등의 요소로 주가에 대한 기대감이 증폭되었고 그로 인해 높은 기대감을 받고있는 것으로 보인다.
현재 어느정도로 기대감을 받고 있는지, 추가적인 성장 가능성이 있는지에 대해서 2차전지 산업에 대한 연구가 공부가 필요했고 그 과정을 정리한다.
2차전지 관련 기업은 굉장히 많다.
2차전지 관련 밸류체인은 아래 그림과 같이 정리할 수 있다.
원자재 기업부터 배터리 재활용까지 다양한 기업들이 얽혀있음을 알 수 있다.
2차전지 소재로는 양극재, 음극재, 동박, 전해액(질) 등이 있으며 이 포스팅에서는
소재를 우선적으로 다뤄보려한다.
양극재
양극재는 크게 삼원계(NCM)과 LFP 배터리로 나뉜다. 국내 배터리 3사인 LGES, SKON, 삼성SDI는 삼원계 배터리에 집중하고있으며, 중국의 배터리 기업인 CATL은 LFP배터리에 집중을 하고 있다.
삼원계 배터리는 N(니켈) C(코발트) M(망간), 알루미늄 과 수산화 리튬으로 이루어져 있고
LFP배터리는 인산, 철 그리고 탄산 리튬으로 구성되어 있다.
양극재의 특징을 아래 표에 간단하게 정리해보았다.
| 삼원계배터리 | LFP배터리 | |
| 가격 | 높음 | 낮음 |
| 수명 | 보통 | 긺 |
| 에너지밀도 | 높음 | 낮음 |
| 주행거리 | 긺 | 짧음 |
| 장점 | 긴 주행거리 짧은 충전시간 |
저렴한 가격 높은 안정성 |
| 단점 | 비싼 가격 낮은 안정성 |
무거운 무게 |
아직은 삼원계 배터리의 시장 점유율이 높기는하지만 LFP배터리는 급속도로 성장하고 있다.
그에 따라 국내 배터리 3사도 LFP배터리에 대한 투자를 진행중에 있다.
원자재
우선, 원자재부터 알아보자.
리튬
삼원계배터리와 LFP배터리 불문하고 리튬은 필수재이다.
리튬은 주기율표상 가장 가벼운 금속임과 동시에, 전류가 쉽게 흐르는 특징을 가지고 있다.
리튬은 크게 탄산리튬과 수산화리튬으로 분류할 수 있고 상대적으로 수산화리튬의 채굴이 힘들다는 특징이 있다.
중국은 염호, 경암에서 리튬을 추출하는 능력을 보이고 있
전세계 리튬 제련량의 65%를 중국이 쥐고 있기 때문에 국내 배터리3사는 원자재 리스크에 노출 될 수 있다.
그렇기 때문에 원자재 수요 다변화를 하는 노력을 보이고 있다.
니켈
니켈은 배터리와 스테인리스에 사용되는 원자재이다.
니켈 함량 99.8%이상의 순도가 높은 CLASS 1 니켈이 삼원계 양극재에 사용되고
나머지가 스테인리스에 사용된다.
전세계 생산량1위는 인도네시아이며 전체 수요의 2차전지향 수요는 8%정도를 차지하고 있다.
삼원계 VS LFP
삼원계와 LFP양극재 모두 리튬이 사용된다.
리튬을 제외한다면 삼원계에는 비교적 단가가 높은 니켈, 코발트가 사용되기 때문에 단가가 높다.
위와 달리, LFP는 비교적 저렴한 철과 인산염 등이 주로 소요되어 저렴하다.
양극재 가격 기준으로 LFP가 삼원계 대비 31%저렴하다고 한다.
(출처: 대신증권 리서치센터)
양극재 가격 기준으로 LFP가 저렴한 것은 사실이지만 같은 에너지 단위의 배터리 용량을 구현하기 위해서는
더 많은 중량의 양극재 투입이 필요하다고 한다.
즉, LFP 양극재의 가격 메리트는 사라지는 셈이다.
하지만 배터리 팩 가격 기준으로 봤을 때에는 삼원계의 열 안정성 문제 보완을 위해서
추가적인 비용이 발생하기 때문에 LFP의 배터리 팩 가격이 저렴한 것은 여전하다.
하지만 전기차 시장에서 가장 중요한 요소들 중 하나로 '무게절감'을 뽑을 수 있다.
무거운 중량으로 인해 LFP의 침투 확대는 제한적일 것이라는 의견이있다.
전기차 구조상 부피가 제한되어 있으며, 제한된 공간 내에서 최대한의 효율을 뽑아내야 하기 때문이고
무게 증가에 따라 연비가 감소되기 때문이다.
음극재
음극재란 양극에서 발생된 리튬이온을 저장했다가 방출하며, 외부 회로를 통해 전류를 흐르게 하는 역할을한다.
배터리의 충전속도와 수명을 결정짓는 요소이기 때문에 중요하다.
분리막을 사이에 두고 양극재와 음극재가 분리되어있다.
비용 비중은 20% 미만으로 낮은 편이기 때문에 양극재 대비 중요성이 낮다.
음극재는 음극집전체, 음극활물질, 도전재, 바인더로 구성되어있다.
음극집전체는 '동박'이라고 불리는 얇은 구리막이며,
음극재는 동박 위에 활물질, 도전재, 바인더를 입혀 만들어진다.
동박은 얇을 수록 높은 성능을 자랑하는데,
전류를 잘 흐르게 하거나, 배터리 열을 외부로 방출하는 역할을 한다.
동박 제조 과정은 위 그림과 같다.
위에서 언급했듯이 얇을 수록 높은 효율을 낼 수 있다.
5마이크로미터 내외의 두께로 박막화 되면 제조 난이도와 원가가 상당히 높아진다.
제조과정은 압연 공정과 전해방식공정으로 나눌 수 있는데, 얇게 하려면 전해방식 공정을 이용해야만 한다.
동박에 구리를 사용하는 이유는 구리의 특성 때문이다.
구리는 전기전도도 및 가격면에서 니켈보다 우위에 있으며
전기화학적 환원 반응에 안정적이다 라는 특징이 있다.
대한민국 기업인 SK넥실리스가 글로별 점유율 1위를 지속적으로 유지하고 있으며,
동박 수요는 지속적으로 증가할 전망이다.
분리막
분리막은 양극과 음극이 서로 섞이지 않도록 그 사이에 존재하는 막이다.
이온의 이동을 차단해주고 , 배터리 성능을 강화해주는 특징이 있으며 이로 인해 배터리의 안정성을 강화할 수 있다.
위 사진에서 봤듯이 양극재와 음극재 사이를 분리막이 가로막고 있다.
성능이 좋은 분리막으로 분류되기 위해서는 다음과 같은 특징을 갖추어야한다.
1) 전기화학적으로 안정적이고 절연성이 뛰어나야한다.
2) 리튬이온이 원활하게 분리막 사이를 통과할 수 있도록 구멍이 많고, 균등해야한다.
3) 안정성을 확보할 수 있도록, 온도에 민감해야한다.
4) 두께가 얇아야한다.
분리막 제작 과정으로 건식제조법과 습식제조법으로 나뉘는데,
습식 제조는 제조공정이 복잡하고 고가이지만, 사이즈가 균일하다는 장점이 있다.
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