[경제] 배터리 업계에선 고객사와 납품사가 경쟁한다고?

편집부원 이시은

  

    여는 글: 뜨거운 감자 ‘2차 전지’  

요즘 증시에서 떠오르는 뜨거운 감자는 단연 ‘2차 전지’이다. 특히 2차전지의 핵심소재인 양극재의 선도기업인 에코프로의 주가가 올해 504.85% 폭등하면서 2차전지 관련주의 무서운 주가 상승률이 연일 화제가 되었다. 한편 중국이 ‘중국제조2025’ 정책을 통해 중국 배터리의 영향력을 전세계로 확대하고자 하고 있으며, 미국은 인플레이션 감축법(IRA) 법안을 발표하며 자국 중심의 배터리 공급망을 구축하고자 하는 의지를 드러냈다.

미국과 중국을 비롯한 전 세계가 배터리 산업에 주목하는 이유는 무엇일까? 여기에는 다양한 요인이 복합적으로 작용하고 있다. 우선 최근 몇 년간 배터리 시장의 전방 산업인 전기차 시장이 급성장하면서 배터리 시장도 성장하고 있기 때문이다. 배터리 전문 시장조사기관인 SNE리서치에 따르면 전 세계 전기차 수요는 2019년 232만 대에서 2030년에는 약 5,568만 대로 확대될 것으로 예상된다. 전기차용 배터리 수요 역시 2019년 118GWh수준에서 연평균 37%로 증가하여 2030년에는 3,647GWh에 이르게 된다. 이처럼 배터리 시장이 급성장함에 따라 배터리 산업은 국제사회의 주목을 받게 되었다. 뿐만 아니라 앞으로의 미래 산업에서 배터리의 역할은 무궁무진할 것으로 기대된다. 미래에 배터리는 전기차 외에도 로봇, 드론, 무선가전 등 다양한 산업에서 핵심 동력원으로서 사용될 수 있기 때문이다. 이에 따라 배터리 산업의 중요도가 점점 부각되고 있으며, 향후 배터리 시장의 주도권을 차지하기 위한 치열한 경쟁이 펼쳐지고 있다. 

현재 글로벌 배터리 시장은 한국, 중국, 일본을 중심으로 글로벌 기업들이 시장을 주도하고 있다. SNE 리서치에 따르면 2023년 1분기 전기차 배터리 총 사용량은 133GWh를 기록했고, 중국의 CATL과 BYD가 각각 1위와 2위 자리를 차지하며 35.0%와 16.2%의 시장점유율을 기록했다. 한편 K-배터리 3사의 총점유율은 24.7%이다. LG에너지솔루션은 14.5% 점유율을 달성하며 3위를 기록, SK온과 삼성 SDI은 나란히 5위와 6위를 기록했다. 일본의 파나소닉은 시장점유율 9%를 차지하며 4위에 자리잡고 있다. 마치 삼국지를 방불케 하는 배터리 시장에서 각 기업들은 경쟁 우위를 점하기 위해 저마다의 전략을 구사하며 총성 없는 전쟁을 펼치고 있다. 그렇다면 배터리 선도기업들은 시장을 주도하기 위해 어떤 전략을 사용하고 있을까? 함께 글로벌 배터리 패권전쟁의 전장을 자세히 들여다보자.

    K-배터리 VS 중국 저가형 LFP 배터리  

그동안 배터리 기술은 소재와 기술 두 가지 측면에서 개발되어 왔다. 소재 측면에서는 양극재가 주요 기술 개발 트렌드를 이끌고 있다. 리튬이온배터리는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 4가지 구성요소로 이루어져 있다. 그중 양극재는 배터리에서 리튬이 들어가는 공간으로, 배터리 용량과 전압과 관련된 소재로 배터리 성능에 관여하기 때문에 양극재 관련 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그러한 가운데 현재 NCM삼원계 배터리와 LFP배터리가 시장을 양분하고 있다. NCM배터리는 니켈, 코발트, 망간 삼원계 양극재를 사용한 배터리이고, LFP배터리는 리튬인산철 양극재로 구성된 배터리다. 

K-배터리 3사가 주력으로 생산하고 있는 배터리는 NCM배터리다. NCM배터리는 높은 에너지밀도를 가지고 있어 성능이 우수하고 LFP배터리에 비해 더 긴 주행거리(400km 이상)을 가지고 있다. 반면 CATL과 BYD를 포함한 중국 기업의 주력 제품은 LFP배터리다. NCM배터리보다 에너지밀도가 낮고 주행거리가 짧지만, 생산 단가가 약 20% 더 낮고 안정성이 높다는 특징을 가지고 있다. 이러한 LFP배터리의 시장 전망은 밝다. 2022년 LFP배터리의 글로벌 시장 점유율은 27.2%였으며 2026년에는 47%까지 확대될 것으로 예측된다. 또한 완성차 업체들이 전기차 가격을 낮추기 시작하면서 저렴한 LFP배터리 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 국내 배터리 업체들도 LFP배터리 개발·생산에 뛰어들어 사업 영역을 확장하고 있다. 그동안 중국이 장악해온 LFP배터리 시장에 국내 배터리 기업들이 전격적으로 뛰어들면서 향후 한·중 업체간 패권 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 보인다.  

    배터리 소재의 한계를 뛰어넘는 CTP(Cell to Pack) 기술의 등장  

한편 중국 배터리 선도기업들은 LFP배터리의 부족한 성능을 배터리 구조를 개선함으로써 향상시키고 있다. 즉 배터리 소재의 한계를 구조 혁신으로 극복하는 것이다. 기존의 배터리는 셀-> 모듈-> 팩 세개의 단위로 구성된다. 보통 셀 10~20개씩 묶어서 모듈로 만들고, 모듈 8~40개를 다시 묶어 배터리 팩으로 만든다. 하지만 중국의 CATL과 BYD를 중심으로 적용되고 있는 차세대 배터리 구조인 CTP(Cell to Pack) 기술은 중간의 모듈단계를 생략한다. 새로운 ‘셀 -> 팩’ 구조를 통해 기존에 모듈이 차지하던 공간에 더 많은 셀을 채울 수 있어 배터리 공간 활용률과 에너지 효율을 극대화할 수 있다.

배터리 점유율 1위인 중국의 CATL은 이미 지난 2019년부터 CTP 배터리팩 양산을 시작하였고, 2022년 3세대 기린 배터리 출시 후 2023년 양산을 목표로 하고 있다. CATL은 CTP 기술을 기반으로 LFP배터리의 단점인 짧은 주행거리를 보완했다. CATL의 기린 배터리는 최대 1,000km까지 주행이 가능한 것으로 알려져 있다. 또다른 중국업체 BYD도 CTP 기술 개발을 완료하고 2020년에 CTP 기술로 설계된 블레이드 배터리를 출시했다. 그동안 ‘가성비 배터리’로 불려온 LFP배터리가 CTP 기술을 통해 단점을 극복하면서 국내 배터리사가 주력으로 하는 NCM배터리의 강점을 내세우기 어렵게 되었다. 하지만 국내 기업들도 이러한 변화에 맞서 빠르게 대응하고 있다. LG에너지솔루션은 지난 2022년 9월 CTP 기술 개발 및 양산 일정을 처음으로 공개했다. 현재 MPI(Module Pack Integrated) 배터리 기술을 개발 중이며 2025년부터 적용할 계획이라고 밝혔다. 또한 LG에너지솔루션은 업계 최초로 중대형 전기차에 쓰이는 하이니켈 파우치형 배터리에 CTP 기술을 적용할 계획이다. SK온은 기존 CTP기술에 화재방지부품까지 최소화하여 더 많은 배터리 셀을 넣는 방법을 개발하고 있다. 국내 기업들이 CATL의 CTP 기술의 약점을 보완하는 방향으로 개발을 시작하면서 시장점유율을 확보하기 위한 경쟁이 더욱 심화될 것으로 보인다.

CTP기술은 앞선 사례에서 볼 수 있듯 더 많은 공간을 확보하여 에너지를 높일 수 있다는 장점이 있지만 여러 단점들도 존재한다. 배터리의 치명적인 단점 중 하나는 성능이 가장 나쁜 셀 하나가 배터리 전체 성능에 악영향을 끼친다는 것이다. 기존의 배터리 구조에서는 성능이 안 좋은 셀이 있으면 모듈을 교체하면 됐지만, CTP 구조에서는 배터리 팩 전체를 교체해야 하는 상황이 발생할 수 있다. 이에 따라 더욱 엄격한 배터리 생산 및 관리가 요구될 수밖에 없고 배터리 유지관리 비용도 늘어나는 문제점이 존재한다. 또한 CATL과 BYD가 개발한 CTP기술은 LFP 배터리와 결합되었을 때 비용, 안전, 에너지 효율 모든 측면이 개선되어 최적의 솔루션을 얻을 수 있지만, NCM배터리는 안전성이 취약하기 때문에 모듈을 제거 시 높은 발열로 인한 안전성 문제가 발생할 수 있다. 고도의 기술이 요구되는 만큼 NCM배터리에 CTP기술이 적용될 수 있다면 중국의 CTP기술 기반 LFP배터리를 넘어설 수 있을 것으로 보인다. 따라서 LG에너지솔루션의 MPI 기술이 이러한 문제를 해결할 수 있을지 관심을 가질 필요가 있다.  

    배터리 기업들의 ‘합종연횡 전략’  

 배터리 산업의 밸류체인은 크게 2차 전지 원자재를 확보하는 단계인 업스트림, 원자재를 제련 및 정제하여 고순도 원료를 생산하는 미드스트림, 이러한 원료를 기반으로 배터리 팩을 최종적으로 제조하는 다운스트림, 그리고 마지막으로 수명이 다한 배터리를 재활용하는 폐기 총 네 개의 단계로 이루어져 있다. 그중 업스트림 단계에서 2차전지의 핵심소재인 리튬을 확보하기 위한 배터리 기업들의 합종연횡 전략이 눈에 띈다. 리튬은 그 물질 특성상 다른 대체 원자재를 찾기 힘들고, 전체 2차전지 원가에서 10%가 넘는 비중을 차지하고 있다. 이에 따라 배터리 핵심광물 확보하고 미래 경쟁력을 제고하기 위해 배터리 기업들이 적극적으로 나서고 있다. 

국내기업들은 업스트림 단계에서 광물기업에 지분 투자 및 장기 공급 계약을 맺는 등 배터리 원료를 확보하는데 박차를 가하고 있다. LG에너지솔루션은 캐나다 스노우레이크(Snowlake)와 수산화리튬 장기계약을 체결하였고, 최근에는 중국 야화(Yahua)와 손잡고 모로코에서 수산화리튬 생산도 추진할 예정이다. SK온은 칠레 SQM으로부터 5년간 장기 공급 계약을 맺었고, 호주 광물회사인 글로벌리튬과도 공급을 위한 업무협약을 맺은 상태다. 또한 삼성SDI는 중국 간펑리튬에 지분을 투자한 바 있다. 중국 기업도 배터리 핵심원료 확보를 위해 적극적인 노력을 보이고 있다. CATL은 호주, 캐나다, 콩고민주공화국 등의 광산 기업에 투자하고 있으며, 자체 광산도 보유하고 있다. BYD는 2022년 짐바브웨이의 광산들을 인수하여 배터리 광물 확보에 적극성을 나타냈다.

한편 배터리 광물인 니켈, 리튬, 코발트, 망간 등의 가격이 큰 폭으로 오르면서 배터리 원재료 확보를 위한 또다른 방편으로 폐배터리 재활용이 주목받고 있다. 실제로 폐배터리 재활용 전문업체와 배터리 제조사와의 협업이 활발히 이루어지고 있다. SK그룹은 선도적으로 재활용 기반 순환 시스템을 구축하고 있는 기업 중 하나다. SK그룹은 폐배터리 재활용 기술 개발부터 핵심소재 추출 후 배터리 셀 생산까지 순환 시스템을 구축하여 폐배터리 시장으로 사업을 확장하고 있다. LG에너지솔루션 중국 폐배터리 재활용업체인 화유코발트와 합작법인을 설립하며 대응하고 있다. 중국의 CATL은 계열사인 광동방푸와 후베이화그룹 합작을 통해 재활용 배터리 기지를 설립하여 배터리 원료를 보다 안정적으로 수급할 예정이다. 또한 일본의 파나소닉은 미국의 폐배터리 재활용 기업인 레드우드머티리얼즈(Redwood Materials)를 통해 양극재를 공급받을 예정이다. 이를 활용해 북미시장에서 배터리를 제조함으로써 북미 전기차 시장 공략에 속도를 낼 것으로 보인다.   

    새로운 경쟁자 테슬라의 등장  

오랜시간 한중일 기업들이 장악하고 있던 배터리 시장에 심상치 않은 바람이 불어오고 있다, 바로 테슬라의 등장이다. 최근 전기차 완성차 업체 테슬라가 배터리 자체 생산을 발표하고 배터리 내재화에 속도를 내고 있다. 향후 테슬라의 배터리 역량 내재화가 완료될 시, 배터리 제조사와 완성차 업체의 관계가 기존의 공급자-고객 관계에서 경쟁 구도로 변화가 일어날 것으로 예상된다. 테슬라의 등장이 전기차 배터리 시장에 어떤 지각변동을 일으킬지 알아보자. 

우선 테슬라가 배터리 자체 생산을 결정한 이유는 무엇일까? 테슬라는 2030년까지 전기차 2,000만 대 판매라는 목표를 달성하기 위해 더 저렴하고 많은 양의 배터리가 필요하다. 하지만 배터리 가격은 전기차 전체 원가의 30~40%를 차지할 만큼 여전히 턱없이 비싸고, 배터리 공급량도 부족해 배터리 확보에 차질이 발생하고 있다. 그동안 테슬라는 2017년부터 일본의 파나소닉과 합작공장을 오랜 기간 운영하며 긴밀한 협업 관계를 유지해왔다. 파나소닉이 배터리 셀을 생산하면, 테슬라가 셀을 가지고 배터리 팩을 만들어 완제품을 완성하는 구조였다. 하지만 2019년부터 배터리 납품량을 두고 갈등이 생기기 시작했다. 파나소닉이 연간 35GWh의 캐파를 약속했으나 실제 필요량을 납품하지 못한 것이다. 또한 판매가격을 두고 협의점을 찾기가 쉽지 않아 비용 절감을 위해 테슬라가 직접 나설 수밖에 없는 상황이 된 것이다.

테슬라의 배터리 내재화 과정은 크게 배터리 제조 기술 확보, 생산 역량 고도화, 배터리 원재료 조달로 나눌 수 있다. 먼저 테슬라는 2019년 맥스웰 테크놀로지 등 배터리 기술 보유 업체를 인수하면서 배터리 제조 기술을 확보하기 시작했다. 2021년에는 캘리포니아의 프리몬트 공장 근처에 있는 자체 생산 4680배터리 셀 시험 생산 라인을 공개했다. 자체 배터리 파일럿 생산을 통해 생산 역량 고도화 준비에 돌입한 것이다. 또한 테슬라는 배터리부터 완성차까지 생산이 가능한 기가 팩토리를 구축했다. 2022년 4월부터 가동을 시작한 기가 텍사스는 배터리 셀부터 완성차 조립까지 하나의 공장에서 생산이 가능하도록 만들어진 공장이다. 뿐만 아니라 테슬라는 배터리 원재료 조달에도 뛰어들고 있어 전기차 밸류체인 수직 통합에 박차를 가하고 있다. 

테슬라는 완성차 기업에서 배터리 분야로 확장한 케이스이다. 반대로 배터리 기업에서 시작해 자동차 제조사로 변모한 기업이 있다. 바로 중국의 BYD이다. BYD는 자동차 제조사이자 배터리 제조사로 전기차 3대 핵심기술인 배터리, 모터, 그리고 ECU를 동시 보유한 유일한 업체이다. 전기차 대중화에 필요한 기반을 전방위적으로 구축하여 배터리와 전기차 양쪽 시장에서 괄목한 성과를 내고 있다. 1995년 설립된 BYD는 휴대폰용 소형 배터리를 만들던 회사였다. 이후 2003년 중국 국영기업인 시안친촨자동차를 인수하면서 완성차 시장에 진출했다. BYD는 처음에 자사 위주의 배터리 공급체제였지만, 2018년부터 배터리 대외공급을 시작해 전기차 밸류체인 수직계열화에 가장 가까워진 기업이 되었다. 

BYD의 사례를 통해 완성차 기업과 배터리 제조사가 하나로 합쳐져 밸류체인이 통합될 때 엄청난 시너지 효과를 낼 수 있는 것을 알 수 있다. 테슬라 또한 배터리 내재화를 통해 직접 생산을 시작한다면, 수급 안정뿐만 아니라 생산비용까지 대폭 절감할 수 있을 것으로 보인다. 비록 아직 배터리 수율의 문제로 단기간에 달성하기 어려울 수도 있지만, 테슬라가 배터리 역량을 온전히 갖추게 될 때 배터리 업계에 지각변동이 일어날 것이다. 새로운 경쟁구도에서 기존 배터리 제조사들은 어떤 전략으로 대응할지 귀추가 주목된다.   

    나가는 글: 배터리의 미래  

앞으로 배터리의 미래를 점쳐보자면 배터리 기술 패권전쟁 속에서 배터리 제조사와 완성차 업체간의 경쟁구도가 더욱 심화될 것으로 예상된다. 또한 배터리 구조의 혁신은 앞서 언급한 CTP기술에 그치지 않고, CTC(Cell to Chassis)로 진일보할 것이다. CTC기술은 셀-> 팩 구조를 넘어서서 배터리 셀과 자동차 샤시를 통합하는 기술이다. 이를 통해 비용을 절감하고 효율성을 높임과 동시에 차체의 구조혁신도 가져올 수 있다. 아직 샤시는 완성차 업체의 영역이기 때문에 배터리 기업이 혼자 개발하기는 어렵다. 하지만 결국 CTC는 배터리가 핵심이기 때문에 배터리 제조 기술을 가진 배터리 기업들의 목소리가 커질 수 있다.

CTC개발은 기존 차체와 샤시 구조의 재구성이 필요하기 때문에 초기 연구개발 단계부터 완성차 업체와 배터리 기업의 긴밀한 협업이 필요하다. 때문에 CTC기술의 개발은 CTP기술보다 훨씬 더 복잡한 이해관계가 얽혀 있다. 현재 테슬라는 CTC기술 개발 완료에 가장 근접한 것으로 평가되고 있다. 이는 테슬라가 배터리 내재화 작업을 통해 수직통합을 함으로써 다른 OEM에 비해 이해관계가 적고 독자적인 개발이 가능했기 때문이다. BYD는 CTB(Cell to Body), 즉 배터리-바디 통합 기술을 채택하여 CTC솔루션을 선보였다. CATL은 자동차 회사에 지속적으로 지분 투자를 하면서 오는 2025년 CTC방식을 적용한 배터리 출시 계획을 밝혔다. 한편 국내기업 삼성SDI도 기술 개발을 시작해 CTC개발 대열에 합류하고 있다. 

차세대 배터리 기술력은 미래 배터리 산업에서 주도권을 잡기 위한 또다른 핵심 경쟁력으로 작용할 것으로 보인다. 특히 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리는 모든 배터리 기업들의 개발 방향성 중 하나다. 전고체 배터리는 기존의 액체 전해질을 고체로 바꿔 성능과 안전성을 대폭 강화한 배터리다. 한편 CATL은 아예 리튬 대신 나트륨을 사용한 나트륨이온전지를 개발하기도 했다. 나트륨은 리튬에 비해 압도적으로 자원이 풍부하기 때문에 배터리 가격을 획기적으로 낮출 수 있다. 차세대 배터리는 배터리 산업의 게임 체인저로 작용될 수 있어 장기적인 관점에서 모든 기업들이 고민해야 하는 영역이다.

지금까지 글로벌 배터리 기업들의 행보와 경쟁전략을 살펴보았다. 배터리 기업들은 공통적으로 배터리 가격을 낮추고 성능은 높이는 전략적 목표를 세우고, 핵심 원재료 확보부터 차세대 배터리 소재 개발 및 구조혁신에 이르는 핵심 경쟁력을 갖추기 위해 힘쓰고 있다. 그 과정에서 시장 내 주요 선도기업들의 합종연횡이 포착되었으며, 밸류체인은 점점 수직 통합되고 있다. 산업 간의 경계가 점점 모호해지면서 기업들이 밸류체인을 유기적으로 넘나들며 더욱 치열한 경쟁을 펼칠 것으로 전망된다. 동시에 미래 배터리 개발과 함께 배터리 시장의 진화는 계속될 것으로 보인다.

참고자료

문헌

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신문기사

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권오은, “[2차전지 대해부] 원가 10% 넘는 리튬, 세계가 확보 쟁탈전”, 조선비즈, 2023-05-06.

서경원, “대기업 시총 올 들어 253조 불어…증가액 삼성·LG 이어 에코프로가 3위”, 헤럴드경제, 2023-04-26.

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유호승, “‘LG 하이니켈·SK 내화성·삼성 CTC’···中 역전할 국내 배터리 3사의 기술혁신”, 시사저널e, 2022-09-30.

정예린, “中 CATL, 중장기 전략 발표…"2025년 CTC 배터리 기술 내놓을 것"”, THE GURU, 2021-02-01.

Battery LAB, “리튬이온배터리의 구조와 작동 원리”, BATTERY INSIDE, 2021-11-11.

EVPOST, “테슬라는 왜 굳이 배터리를 직접 만들까?”, 2022-11-08.

SNE리서치, “2023년 1~3월 글로벌 전기차용 배터리 사용량 133.0GWh, 전년 대비 38.6% 성장”, 2023-05-03.

그림 및 도표

[그림1] SNE리서치

[그림2] SNE리서치

[그림3] Automotive Cells Company 홈페이지

[그림4] 삼정KPMG 경제연구원, 「배터리 생태계 경쟁 역학 구도로 보는 미래 배터리 산업」, Samjong Insight Vol.84, 2023.