Nihil's view of data & information

※ 기술발전, 트렌드의 변화와 폼팩터 : 46파이 원통형 및 각형 배터리 시장 확대 예상 배터리의 주요 폼팩터인 파우치형, 각형, 원통형은 각각의 장단점을 지니고 있으며, 기술발전과 정부정책, 배터리 트렌드의 변화에 따라 각각의 폼팩터에 대한 평가도 시시각각으로 달라져왔습니다. 1) 기술발전 : 4680/46파이 배터리, 각형에 노칭&스태킹 공법 적용, 2) 트렌드 변화 : 실리콘음극재 적용 확대, 셀투팩 적용, 미드니켈 배터리 등 3) 국가정책 : 배터리안전규제 강화 (열폭주부터 열전이 까지 시간지연 요구) 2020년대 초반까지 높은 에너지밀도 및 출력 구현이 용이하고 공간활용도가 높은 파우치형 배터리가 전기차 배터리 시장에서 높은 관심을 받았으며 미래의 주류 폼팩터가 될 것이라는 전망까지 있었습니다. 당시까지 배터리 시장의 기술 트렌드 핵심은 에너지밀도 향상(주행거리)이었기 때문에, 무게가 가볍고, 낭비공간 없이 배터리를 채울 수 있으며, 넓고 두꺼운(전극판마다 탭을 형성) 탭(접지면)으로 강한 출력을 낼 수 있는 파우치형 배터리가 미래 폼팩터로 각광을 받았습니다. 그러나 CTP기술이 적용된 LFP배터리의 확대, 원자재가격 상승으로 인한 배터리가격 상승, 대중 전기차 모델의 필요성 및 배터리 화재에 대한 정책강화 등이 나타나면서 전기차용 배터리는 에너지밀도 외에도 경제성, 안전성에 대한 필요도 강화되었습니다. 때마침 원통형 배터리는 4680/46파이가 등장하였고, 각형 배터리도 노칭&스태킹 공법 및 CTP적용 등으로 이전의 단점들을 개선시킬 수 있는 방향성이 제시되었습니다. 1) 소형 원통형 배터리의 단점 : 많은 셀로 인해 배터리 관리가 어려움, 공간 낭비, 낮은 에너지밀도 및 출력 등 2) 각형 배터리의 단점 : 스웰링 현상으로 인한 셀의 변형, 무거운 무게, 낮은 출력(소형 원통형 배터리 양극재에 알루미늄 도핑이 많이 되는 이유도 낮은 출력을 높이기 위해서임.) 등 ● 셀투팩(CTP) 및 셀투샤시(CTC) LFP배터리가 CTP 기술 등을 바탕으로 에너지밀도를 개선하면서, 중국을 중심으로 확대되었고, 삼원계 배터리에서도 CTP/CTC 기술 적용에 대한 필요성이 나타나기 시작하였습니다. 외부 충격에 약한 파우치형이나 많은 셀로 인해 BMS가 까다로운 소형원통형(1865/2170)는 모듈단계가 필요했지만, 각형이나 대형 원통형(46파이) 배터리는 모듈단계 없이 바로 CTP와 CTC 적용이 좀 더 적합합니다. CTP/CTC 적용은 배터리 팩의 비용을 절감하고, 배터리 탑재량 늘리거나 전기차의 공차중량을 감소시켜 주행거리 증가에 도움을 줄 수 있습니다. ● 실리콘음극재 적용과 내부저항 최근 전기차 있어 충전시간 단축이 매우 중요한 문제로 떠오르고 있으며, 이를 위해 800V 아키텍처 사용 및 실리콘음극재 적용 확대의 필요성이 높아지고 있습니다. 특히 에너지밀도 향상과 빠른 충전을 위해 실리콘음극재 비율을 증가시키고자 노력하고 있습니다. 실리콘 음극재 비율을 높이게 되면 높아진 에너지밀도와 고출력으로 인해 열관리(=저항관리)가 중요해질 수밖에 없습니다. 실리콘음극재를 적용하여 위해서는 배터리의 내부저항(전극판의 길이가 짧아야 하며 탭의 접지면이 넓어야 함)이 높아서는 안 되는데, 기존 각형 및 원통형은 와인딩 공법을 인하여 내부저항 관리를 하기 어려웠습니다. 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례합니다. (R=plA) 이러한 이유로 기존 각형 및 소형원통형 배터리는 실리콘음극재 적용이 어려웠습니다. 그러나 각형에 노칭&스태킹공법을 적용하고, 4680/46파이 원통형 배터리는 탭리스를 적용함으로써 배터리 내부저항을 크게 줄일 수 있었고 실리콘음극재 적용을 가능하게 하였습니다. 특히 4680배터리는 내부저항이 2mΩ 기존 1865/2170의 20-23mΩ대비 1/10로 줄어들어 실리콘 음극재에 최적화된 폼팩터의 가능성을 보여주고 있습니다. ● 안전규제 강화 미국과 유럽을 중심으로 배터리 안전규제가 강화되고 있으며, 이에 따라 완성차 업체들도 배터리의 열적 안정성에 대한 요구가 강해지고 있습니다. 배터리로 인한 전기차 화재는 열폭주(Thermal Runway)와 열전이(Thermal Propagation)에 의해 발생함. 기존 배터리 안전규제인 UN GTR(세계기술기준)에서는 열폭주 이후 열전이까지 5분의 시간을 권고하였으나, 2024 – 2025년 발표될 UN GTR 2단계 권고안에서는 15 - 30분의 강화된 지연시간을 요구할 것으로 예상되며, 2030년부터는 열전이가 아예 발생해서는 안 되는 수준까지 규제가 강화될 것으로 전망됩니다. 배터리의 열적 안정성을 강화하기 위해서는 BMS에서의 열관리, 냉각시스템, 팩과 모듈 소재를 통한 열전이 지연도 필요하지만, 근본적으로 배터리 자체의 열관리가 중요합니다. 니켈은 전해액과 반응해 산화니켈을 형성하며 전해액은 가스화 됩니다. 니켈과 산소의 결합이 약해 열을 방출하면서 안정화를 하기 때문에 이 과정에서 배터리의 온도가 올라가며 가스가 발생을 합니다. 그리고 이 가스가 배터리의 열폭주의 주요 원인으로 작용하여 가스를 적절하게 배출시켜줘야 합니다. 가스 발생을 억제하기 위해 가스생성 억제 첨가제와 단결정 양극재, 양극재 코팅 등의 방법이 사용되고 있으며, 물리적으로도 가스를 외부로 방출하는 Vent와 같은 안전장치가 존재합니다. 파우치형의 경우, 최초 활성화 이후 디게싱 작업을 진행한 이후 현실적으로 배터리 내부의 가스를 방출할 수 있는 방법이 없어 다른 폼팩터 대비 열관리에 더 많은 신경을 써줘야 합니다. 그리고 이러한 열관리 필요성은 배터리 팩 비용 증가로 이어질 수밖에 없습니다. 이에 반해 원통형과 각형은 Vent 외에도 PTC, CID와 같은 물리적 안전장치를 지니고 있어 열관리에 좀 더 용이한 특성을 지니고 있습니다. ● 파우치형 배터리의 방향성 최근 완성차 업체와 배터리 업체들이 4680 원통형 배터리와 각형 배터리에 대한 관심이 높아지고 있는 것은 사실이며 국내 배터리 업체들도 이러한 흐름과 함께 할 것으로 보여집니다. 그렇다고 파우치형이 사용되지 않는 다는 의미는 아니고, 파우치는 또 다른 방향으로 관련된 시장을 개척해 나갈 것으로 보여집니다. 우선 단결정을 사용한 고전압미드니켈 시장에서 파우치형은 중요한 폼팩터로 자리잡을 것입니다. 고전압 미드니켈에 적용된 단결정 양극재는 양극재 크랙을 방지하여 전해액의 가스화를 막아줄 수 있기 때문이며, 또한 망간의 비율이 올라감으로써 배터리의 열적 안정성을 향상시킬 수 있기 때문입니다.

※ 미국 신규 ESS 설치량 2023년 미국 신규 ESS 설치량은 27.11Gwh로 전년대비 96.7% 증가하였음. 미국은 송배전망이 노후화 되어 있는 상황에서 태양광 및 풍력 발전이 전력망에 연결되고 있어 ESS 설비 수요가 빠르게 증가할 것임. 2023년 3분기 금리인상 이슈, 그리드 연결 장애, 공급망 문제 등으로 미국의 일부 ESS 프로젝트가 연기되었으나, 원자재 가격하락(배터리 가격)으로 인한 설치비용하락, 전력망 연결 절차 간소화, ITC/IRA 법안의 시행으로 대형 유틸리티 그리드용 ESS설치량의 수요는 계속해서 강력할 것임. 자료인용 : Donghai Securities 발간 “2024년 ESS산업 보고서” (2024. 06. 04)

※ 글로벌 태양광 신규설치량 2023년 글로벌 태양광 시장은 중국의 태양광 서플라이체인의 대규모 증설로 인하여 중국에서 태양광 설치량이 크게 증가하였습니다. 2024년과 2025년 글로벌 태양광 신규설치량은 506GW(YoY 23.40% 증가), 596GW(YoY 17.74% 증가)로 예상하고 있는데, 이때 글로벌 태양광 시장은 미국과 유럽, 인도 등 비중국 지역의 성장세가 높을 것으로 예상합니다. 자료인용 : ZhongYin Securities 발간 “태양광 산업 보고서” (2024. 06. 05)

※ 중국 리튬배터리 밸류체인 이익률 추이 중국에서 배터리 소재의 쇼티지가 생겼던 2021년 말부터 2022년말까지의 소재별 이익률을 보면 다음과 같습니다. 1) 분리막 : 40 – 50% 2) 전해액 : 30 – 35% 3) 음극재 : 20 – 30% 4) 바인더 : 20% 5) 배터리 : 15 – 20% 6) 양극재 : 10 – 20% 2023년 이후 중국 배터리 및 소재 공급과잉이 심해지면서 이익률은 하락하였으며, 2024년 1분기 기준, 배터리, 분리막, 전해액, 음극재의 이익률은 약 20%로 낮아졌으며 양극재, 바인더의 이익률은 10%이하로 내려온 상황입니다. 자료인용 : Wanlian Securities 발간 “전력설비산업 보고서” (2024. 06. 05)

※ 애코앤드림, 김태민 부사장 전구체는 다른 2차전지 소재들과 마찬가지로 오랜 업력과 노하우가 필요한 소재로 신규업체들이 바로 진입하기 어려운 산업입니다. 아무리 양극재 업체라고 해도 전구체를 개발, 양산한 경험이 없다면 양질의 전구체를 양산하기 까지 오랜 시간이 걸릴 수 밖에 없습니다. 때문에 국내 양극재 업체들이 양산경험이 풍부한 중국업체들과 합작사를 설립하여 전구체를 생산하려고 했던 이유도 이와 같습니다. 국내에서 실제 양산경험이 있는 전구체 업체는 에코프로머티, 에코앤드림, 이엠티 뿐입니다. 그 외 업체들 중(현재 건설 중)에서는 LG화학과 KEMCO(고려아연 자회사) 합작사인 한국전구체가 전구체 기술이 가장 앞서 있는 것으로 보여집니다. 포스코퓨처엠과 엘앤에프의 경우는 빠른 시일안에 경쟁사들과 동일한 수준의 전구체를 만들기 위해서는 다소의 시간이 필요할 것으로 보이며, 2025년부터 적용되는 미국 IRA FEOC를 위해서는 기존 비중국 전구체와의 협력이 필요할 것으로 보여집니다. 2차전지 소재업체들의 대외 메시지를 보면, 신규업체들은 기술과 양산이 문제없다고 얘기를 하는 경우가 많고 기존업체들은 신규업체들이 쉽게 진입하기 어려울 것이라고 말하는 경우가 많은데 2차전지 소재투자자들은 각 업체들의 말 보다는 종합적인 상황을 고려하여 각자 판단해야 할 것입니다. ----------- ● 에코앤드림 History 에코프로는 LG화학의 전구체 공급사였음. 스미토모, 니치아 등과 같은 양극재업체들이 전구체 경쟁력이 생기면서 가격 덤핑을 하기 시작하면서 LG화학과 에코프로의 거래가 끊겨, 이후 에코프로는 양극재를 만들기 시작. 초창기 에코앤드림은 SDI, LG화학, 엘앤에프 등과 협력을 하였음. (샘플테스트 등) 에코앤드림은 2007-8년경부터 삼원계(LCO 타입)에 들어가는 전구체를 개발하기 시작하였음. 타업체와는 달리, 소입경, 입도제어가 자유로운 전구체에 집중하였으며, 타업체들이 사용하는 연속식 공정이 아닌 타업체들이 사용하지 않던 배치방식 반응기를 사용하는 공정을 시도하였음. 2010년 경, 국내에서 전구체를 만들던 업체 중 에코프로(에코프로머티), 에코앤드림만 남아 있고 에스티엠(SDI가 인수), GS이엠(LG화학이 인수) 등은 사업에서 철수하였음. 2012년 청주에 전구체 생산시설(capa 1,000톤)을 건립하여, 2014-5년 인증을 받고 엘앤에프를 통해서 LG화학에 납품하기 시작하였음. 2016년 LG화학에 전기차용 전구체를 납품하였는데, 양산납품 3개월 후 사드사태로 인해 중국 난징공장 납품이 어렵게 되었음. (LG가 소재사를 중국업체로 변경) ● 전구체 제조방법 황화물 형태의 니켈, 코발트, 망간을 물에 녹여 (액상 상태에서) 용해도 차이를 이용해서 침전을 시켜 전구체를 만듦. (공침법) 삼원계(NCM)가 기본 공침이며, 알루미늄(NCMA/NCA)은 도핑의 개념임. 에코앤드림은 반응기를 자체적으로 디자인하여 사용하고 있음. (이런 것들이 노하우임.) 반응기 내부구조에 따라 합성된 이후의 품질, 수율 등이 달라짐. 반응기에 소재를 넣은 후 30 - 40시간 정도 소요되면 전구체를 만들 수 있음. ● 전구체 업체의 경쟁력 업계에 따르면, 전구체를 설계할 수 있어야 진정한 양극재 업체라고 할 수 있음. 전구체는 화학 합성물질이기 때문에, 설계된 대로 이론적인 대로 되지가 않음. 랩 스케일에서는 어느정도 가능하지만 양산에서는 비이상성이 증가하기 때문에 원하는 수준의 물질을 만들기가 쉽지 않음. 양극재 업체들이 설계한 물질을 얼마만큼 잘 구현해 낼 수 있느냐가 전구체 업체들의 핵심 경쟁력임. 조성, 안정성, 내구성 등을 감안하여 타입을 선정해주고, 물성, 입도, 표면적, 밀도를 각 양극재에 맞게 구현해야 함. 전구체를 개발한 이후, 납품하기 위해서는 최소한 1년에서 2년 이상의 테스트 기간이 필요함. 최근에는 완성차 업체가 전구체 업체까지 지정하는 경우가 많음. 안정성 문제 등으로 최종 고객사가 서플라이 체인을 지정하는 추세로 많이 가고 있음. ● 시장상황과 경쟁사 IRA전까지는 중국에서 전구체를 수입하여 사용하였으나, IRA 이후 탈중국 공급망을 확보해야 하는 이유로 에코앤드림과 같은 업체들이 주목을 받고 있음. 양극재 업체들이 전구체 내재화를 위해 중국업체들과 합작사를 추진 중에 있으나, 지분 문제 등으로 지연되고 있음. 시장에서는 전기차 캐즘을 얘기하지만, 전방산업들의 투자를 보면 전기차 산업 침체라는 말이 와닿지가 않음. 2025/6년 전기차 수요는 다시 회복될 것이기 때문에 이 수요를 위한 업체들의 준비(Capa확보)가 현재 이뤄져야 함. 특히 IRA 조항에 적합한 공급처가 많지 않은 실정임. ● 배터리 시장 동향 망간리치(60%이상) 배터리는 전구체 입장에서는 기존 공침법으로 합성하기에는 까다로운 특성이 있음. 니켈이나 코발트는 결정화시키기 좀 더 수월하지만, 망간은 산화수 컨트롤이 어려움. 전구체는 양극재의 트렌드를 따라가는 특성이 있으며, 당분간은 현재 사용되는 기술 외의 기술이 사용되기는 어려울 것으로 보고 있음. (무전구체?) https://www.youtube.com/watch?v=69bsCmTSt34

※ 2023년 중국 태양광 밸류체인의 대규모 증설 2023년 중국 태양광 산업은 폴리실리콘부터 태양광전지, 모듈까지 전 밸류체인에서 대규모 증설이 있었으며, 이로 인해 2023년 하반기부터 글로벌 태양광 밸류체인에 속한 부품/전지/모듈 가격이 크게 하락하였습니다. 특히 태양광전지 중에서는 기존의 PERC타입 대신 TOPCon타입 전지의 대규모 증설이 있었습니다. TOPCon 전지는 PERC 전지 보다 제조시 보다 많은 화학제품을 사용해야 하는 특성으로 생산설비에서 스크러버와 진공펌프의 수요량이 크게 증가합니다. 이로 인해, 2022년부터 국내 엘오티베큠(진공펌프)과 지앤비에스 에코(스크러버)가 중국에서 대규모 설비 수주가 있었고, 2023년 태양광 설비 매출이 큰 폭으로 증가했었습니다. 자료인용 : Sinolink Securities 발간 “2024년 신재생에너지 산업 전망 보고서” (2024. 06. 02)

※ 4월 미국 신규 ESS 프로젝트 설치량 미국 EIA에 따르면, 2024년 4월 신규 ESS 프로젝트(유틸리티) 설치량은 0.52GW로 전년동월대비 195.7% 증가하였음. 1월부터 4월까지의 신규 ESS 프로젝트 설치량은 1.76GW로 전년동기대비 186.3% 증가하였음. 5월부터 12월까지의 예상 ESS 설치량은 12.3GW로 전년동기대비 107.7% 증가할 것으로 예상됨. 자료인용 : Sinolink Securities 발간 “2024년 신재생에너지 산업 전망 보고서” (2024. 06. 02)

※ 4월 미국 신규 태양광 프로젝트 설치량 EIA에 따르면, 2024년 4월 미국 신규 태양광 프로젝트(유틸리티) 설치는 1.21GW로 전년동기 대비 37% 증가하였으며, 1월부터 4월까지의 누적 설치량은 7.06GW로 전년동기대비 122.4% 증가하였음. 5월부터 12월의 예상 설치량은 30.2GW로 전년동기 대비 86.2%증가할 것으로 예상됨. 자료인용 : Sinolink Securities 발간 “2024년 신재생에너지 산업 전망 보고서” (2024. 06. 02)

※ 5월 미국 ESS 프로젝트 예상 신규 설치량 미국 EIA에 따르면, 2024년 5월 미국 ESS 프로젝트(유틸리티) 예상 신규 설치량이 1.73GW로 전년동기(0.14GW)대비 1135.71%, 전월(0.52GW)대비 232.69% 증가할 것으로 예상하고 있음.

※ 주간 중국 리튬시장 동향 (2024. 05. 24 – 2024. 05. 31) ● 리튬광석 리튬염 제련업체들의 재고가 비교적 충분하여 구매 수요가 강하지 않은 편임. 제련업체들은 향후 리튬가격 추이에 대해 낙관적이지 않아 재고확충 의지가 높지 않은 상황임. 당분간 리튬광석 가격은 안정적으로 유지될 것으로 예상됨. 지난 주 중국산 리튬광석(레피도라이트)가격과 후주 정광(스포듀민) CIF 가격은 변화가 없었음. 장시성 리튬염 제조업체들은 비용문제로 리튬운모(레피도라이트) 구매 수요가 제한적이었으며 스팟거래 위주로 거래가 한산하였음. 리튬휘석(스포듀민)은 제련업체들이 충분한 제고를 가지고 있지만, 일부 업체들이 장기계약을 통한 수요가 있었음. ● 리튬염 (탄산리튬/수산화리튬) 지난 주 시장의 전반적인 분위기는 활기가 없었으며, 가격 문의도 많지 않았음. 다운스트림 수요 측면에서 시장은 6월 수요에 대한 기대치가 높지 않은 상태임. 당분간 리튬 가격은 약하고 안정적으로 운영될 것으로 예상됨. 지난 주 탄산리튬 가격은 전주대비 500 - 1000위안 하락하였으며, 수산화리튬가격은 동일하였음. 다운스트림에서 일부 삼원계 양극재 기업들의 생산량이 감소하였음. ● 리튬광석 재고 5월 31일 기준, 중국 항구와 내륙 창고의 리튬광석 재고는 9.8만톤으로 전주대비 2000톤 증가하였음. 지난 주 아프리카산 리튬휘석이 항구에 도착하면서 항구재고가 증가하였음. 리튬광석 유통업자들이 리튬 위탁생산을 진행하고 있어 대부분의 중국 내 광석재고는 시장에 방출되고 있음. 현재 현물 재고 중 품위 4% 이상이 38%를 차지하고 있음. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1800555540134277965