전기차 배터리 개요 및 시장 전망

전기차의 개요

세계 최초의 전기차는 100여 년 전에 이미 개발되었지만, 배터리 충전 및 배터리의 무게 문제 등으로 실용성이 떨어졌고, 이후 1900년대 초반 텍사스 원유의 발견으로 가솔린 가격이 크게 하락함과 동시에 포드자동차의 내연기관차 대량생산에 힘입어 오랜 기간 전기차는 역사의 한 페이지 남게 되었습니다.

 

1990년대 들어서면서 국제사회가 환경 문제에 관심을 갖게 되자 환경오염의 주범인 배기가스가 도마 위에 오르면서 친환경차의 개발이 다시 화두가 되기 시작하였습니다.

  

국내 전기차의 개발은 약 25년 전인 1995년 완성차업체인 현대자동차가 처음으로 미국의 배터리  전문회사와 전기차용 배터리 공동개발에 대한 협정을 맺으면서 시작 된 것 같습니다. 5년이 지난 2000년 처음으로 연료전지차(연료전지와 배터리를 함께 사용하는 하이브리드 카) 개발에 성공하였고 2004년에는 전기자동차가 처음으로 국내에 처음 도입이 되었습니다. 당시 전기차는 충전 전기 배터리와 가솔린을 함께 사용하는 하이브리드 차량으로서, 도입 초기라 가격은 비싸지만 환경오염을 줄인다는 동기로 주로 공공 업무용으로부터 도입이 되기 시작하였습니다. 이 당시에 수소전지차도 전기차 시장의 대항마로 떠오르기 시작했습니다. 

2015년부터는 글로벌 자동차업 체마다 본격적으로 순수 전기차(EV), 하이브리드전기차(HEV), 플러그인하이브리드전기차(PHEV) 그리고 수소연료전지차(FCEV)를 경쟁적으로 선보이며  차세대 친환경 자동차의 미래를 서서히 만들어가기 시작했습니다.

 

2020년 그야말로 미래차의 전쟁이 점화되었습니다.

그 중에서도 앞으로 자주 언급할 전기차의 핵심인 배터리 즉 2차 전지의 인프라와 성능이 향후 전기차 시장의 방향을 설정할 것입니다

 

따라서 아래 목차로 전기차 배터리(2차전지)에 대한 이해 및 시장 전망 등을 이해하고 향후 투자를 위한 기초를 다듬고자 합니다.

 

1. 전기차의 종류

2. 2차 전지의 이해

3. 2차전지의 생태계와 밸류체인

 

 

전기차의 종류

 

위에서도 언급 되었지만 전기차는 크게 HEV, PHEV 그리고 BEV 등 세 가지로 구분됩니다.

 

1. HEV
   Hybrid Electric Vehicle 의 약자로 기존의 내연기관과 전기차의 기능을 함께 이용하는 말 그대로 하이브리드 전기차입
   니다.

2. PHEV
   Plug-in Hybrid Electric Vehicle의 약자로 HEV에서 발전된 형태의 전기차입니다.
   PHEV는 두 가지 형태로 나뉘게 됩니다.
   첫 번째는 기존의 HEV에 추가 배터리를 장착하여 전기차 주행거리를 확보한 형태이고,
   두 번째는 전기차의 파워트레인(동력전달계)에 항속거리 증가를 위한 발전용 엔진을 장착한 형태입니다.

3. BEV
   Battery Electric Vehicle의 약자로 기존의 원리와는 달리 배터지 자체로 구동을 하고 주행을 하는 전기차입니다.
   따라서 HEV, PHEV 도 마찬가지이지만 궁극적으로 BEV의 핵심은 2차 전지입니다.

 

위 세 가지 전기차의 종류를 통틀어서 xEV라고 하며 일반적인 전기차를 통칭합니다.

 

 

유진투자증권 한병화 연구위원은 "2027년 전기차 배터리 시장규모는 1천694억 달러에 달하고 메모리 반도체 시장은 1천645억 달러로 추정된다"며 "배터리 가격의 하락에도 불구하고 29%에 달하는 연평균 판매량 증가에 힘입어 시장 규모 확대가 지속되는 것"이라고 짚었다.

출처: 산업일보 https://www.kidd.co.kr/news/217059

위에 기사에 언급된 것처럼 전기차 배터리 시장규모가 2027년이 되면 반도체 시장 규모를 추월할 것으로 내다보고 있습니다. 

 

 

 

2차전지의 이해

 

이번에는 2차 전지에 대한 구조를 살펴보겠습니다.

2차전지의 구조 및 동작원리

위 그림처럼 양극재, 음극재, 분리막, 전해액 그리고 양/음극기재등 5가지가 2차 전지에 사용되는 핵심 소재라 할 수 있습니다.

이 4가지 요소에 대한 역할은 다음과 같습니다.

 

▶ 양극재

리튬(Li)을 제공합니다. 따라서 배터리의 용량을 결정하는 요소가 됩니다.

 

▶ 음극재

양극에서 충전된 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 전기가 흐르게 하는 역할을 합니다.

 

▶ 전해액

리튬이온을 이동할 수 있도록 해주는 매체 역할을 하는 용액입니다.

 

▶ 분리막

분리막은 위 사진에서처럼 양극과 음극 사이에서 단락(합선이라고 이해하시면 쉽습니다)을 방지하는 역할을 합니다.

 

▶ 양극기재, 음극기재

리튬이온 전지에서는 양극과 음극에서 각각 일정한 전위를 유지해야 하는데 이때 리튬의 안전성을 유지하기 위해서 양극재에는 알루미늄(Al), 음극재에는 구리(전지박 / 동박)를 사용합니다. 전자가 이동하는 경로 역할을 하는 소재라고 이해할 수 있습니다.

 

배터리 셀 생산 비용에서 차지하는 비중은 양극재(43%), 분리막(17%), 전해액(13%), 동박(7%) 순입니다.

(출처 대신증권리서치센터)

 

 

◈ 2차 전지의 작동 원리  ◈

 

양극(알루미늄)은 산화반응이 일어나므로 산화전극, 음극인 구리(동박)는 환원반응이 일어나므로 환원전극이 됩니다 이러한 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜 배터리로 사용할 수 있게 됩니다.

위 사진에서 양극활물질이 +전극인 알루미늄이 산화반응을 통해 충전하고 -전극인 동박을 통해 충전된 전자가 환원(방전)되면서 배터리의 역할을 하며, 이러한 충방전이 반복 되어 2차전지, 즉 재충전이 가능한 배터리의 역할을 합니다.

 

 

 

 

2차전지의 생태계, 밸류체인

아래 대신증권 리서치 센터의 전기차 밸류체인 도식을 참고하면, 원료 니켈, 리튬, 코발트 등을 채굴하는 광산/제련업에서 위에서 설명했던 양극재 음극재등의 2차전지 제조를 위한 다양한 소재산업 그리고 완성차인 전기차를 거쳐서 오래 사용한 배터리를 활용하는 폐배터리 재활용 산업등이 있습니다.

 

전기차 Value Chain 도식도 (출처: 대신증권 리서치센터)

 

한편 2차전지 관련산업을 분석하고 현재와 미래 투자에 참고하기 위해서는 기업별/산업군별 생태계를 파악하는 것이 전체적인 시장흐름을 이해하는데 도움이 될 것 같습니다.

 

 

 

2차전지의 생태계는 완성차 배터리 셀 소부장(소재 부품 테스트장비등)으로 크게 세 분류로 나눌 수 있습니다.

 

전기차 배터리(2차전지) 밸류체인

 

먼저 상기 그림에서 보시면 주요 완성차 업체와 배터리 공급 업체의 생태계를 한 눈에 보실 수 있습니다. 

먼저 테슬라 보시면 예전에는 파나소닉(일본)과의 독점계약 형태였지만 LG화학이 지난 2월 테슬라가 중국 상하이 공장에서 생산하는 모델3의 배터리 전량을 공급하게 되면서 LG화학은 글로벌 배터리 시장점유율 1위를 차지하는데 큰 역할을 했습니다. 국내 기업으로서 반가운 소식이 아닐 수 없습니다만, 테슬라가 CATL(중국)과도 리튬인산철 배터리 공급계약을 하는등 바야흐로 전기차 배터리 시장은 한치앞을 내다보기 힘든 경쟁구도에 돌입하였습니다.

 

아무튼 국내 주요 배터리 공급사인 LG화학, 삼성SDI 그리고 SK이노베이션이 글로벌 시장에서 선전하길 바라면서 이에 따른 하위 부품, 소재 공급사들도 함께 경쟁력을 갖춘 멋진 산업생태계가 뿌리내리길 바랍니다.

 

 

아래 표는 소재 부품 및 테스트 등의 공급사 중 상장 기업을 중심으로 분야별 정리를 해보았습니다.

 

종목	분야
LG화학	배터리셀
삼성SDI	배터리셀
SK이노베이션	배터리셀
일진머티리얼즈	동박
두산솔루스	동박
피엔티	동박 설비용 장비
나노신소재	CNT (양극 도전재)
파워로직스	2차전지 보호회로
피엔이솔루션	2차전지 테스트 장비 (충방전, 활성화 공정)
브이원텍	2차전지 테스트 장비
엘앤에프	양극재
에코프로	양극재
코스모신소재	양극재
에코프로비엠	양극재
포스코켐텍	음극재
대주전자재료	음극재
솔브레인	전해액
후성	전해질
켐트로스	전해질
천보	전해질 (Li 화합물)
씨아이에스	전해질, 양/음극 극판 제조
코스모화학	황산코발트 상업생산
엠플러스	폴리머 배터리, 원통전지, 조립공정
상아프론테크	Seal Gasket, Bottom Insulator
코윈테크	공정자동화
엔에스	공정자동화
디에이테크놀로지	공정자동화

※ 상기 표는 성장산업의 특성상 자주 변경될 수 있습니다.
   변경되는 내용은 다른 글을 통해서 업데이트 되거나 표를 수정할 예정입니다.

전기차 배터리 산업에 대한 전반적인 이해의 차원에서 정리하였습니다.

 

기본적으로 전기차(완성차) -> 배터리 셀 -> 소재 및 테스트 의 생태계를 잘 이해하고 그에 따르는 관련 산업에 대한 각각의 시장 상황 및 전망을 잘 파악함으로서 충실한 투자 계획을 세우는 것이 본글의 취지입니다.

 

글의 내용중 잘못 된 부분이나 수정할 내용이 있으면 소중한 댓글 부탁 드립니다.