산업분석 기초 - 2차전지(배터리)(2)
배터리 산업 이해
II. 배터리 산업 이해
(1) 배터리 전방 수요처 비중 : 전기차(67%), Non-IT(14%), IT기기(12%), ESS(7%) -> 전기차 비중 절대적
*Non-IT : 전동스쿠터, 전동공구 등
(2) 전기차배터리 산업
- 수주산업
- 발주프로세스
전기차 업체들이 모델별 생산계획 수립(5년 이상 장기)
배터리업체 선정
모델별 배터리 발주 -> 통상 모델별 5년 이상의 수량 발주, 배터리공급사로 선정되면 장기간 공급자 지위 유지가능. 따라서 초기 선점 효과가 중요
- 주요 배터리업체별 수주잔고 (2020년 상반기 누적기준)
LG화학(145조)
CATL(104조)
파나소닉(55조)
SK이노베이션(53조)
삼성SDI(42조)
- 배터리용량 표기법 (KWh, 킬로와트시)
HEV : 1KWh
PHEV : 10KWh
BEV : 60KWh
스마트폰 대당 탑재 배터리 용량 10~14Wh -> BEV 배터리는 스마트폰의 4,000~6,000배 배터리 탑재
- 배터리 가격 표기 : 대당 가격이 아니라 용량당 가격으로 표기 -> KWh당 가격
Cell -> Module -> Pack
통상적으로 배터리 업체들은 배터리 모듈 형태로 공급, 자동차업체가 모듈을 팩으로 조립
팩 기준 100달러/Kwh가 내연기관과의 Price parity 달성가격 (2020년 추정 150달러/팩, 연평균 5% 씩 하락 중)
전기차 원가의 40% 차지
(3) 배터리 생산공정
[1] 전극 공정(피엔티, 씨아이에스, 도레이(일), 히라노(일))
1) Mixing : 활물질(양극제, 음극제) + 도전체(전기가 잘 통하게 하는 물질) + 용매(잘 섞이게 하는 물질) - Tank에 넣고 섞기
2) Coating : 알루미늄, 구리박(동박) 위에 코팅 - 알루미늄박 위에 양극제, 동박 위에 음극제를 코팅. 코팅장비=코터
3) Drying : 드라이에어 분사해 용매를 증발
4) Calendering(Roller로 눌러주기) : 접지력을 높여주고, 에너지밀도 높이기 위해(눌러담기)
5) Slit & Vacuum drying : 적당한 사이즈로 잘라주기
[2] 조립 공정(엔에스, 디에이테크놀로지, 엠플러스, 필옵틱스, 이노메트리, 캐논(일))
6) Winding/Stacking : 전극을 말아 젤리롤 형성
7) Jelly-Roll insert : 용기(원통/각/파우치) 안에 젤리롤 넣기
8) Tab Welding : 양 전극이 만날 수 있는 다리 놓기
9) Electrolyte Filling : 전해액 주입
10) Cell Closing & Washing : 셀 밀봉 후 표면세척
[3] 화성 공정(피앤이솔루션, 한화테크엠, 엔에스, 디에이테크놀로지, 이노메트리, 자비스, 캐논(일))
11) Aging : 상온/고온 번갈아가면서 보관해 전해액이 골고루 분산되게 함
12) Formation : 충방전 반복하며 용량과 전지상태 검사
13) Inspection : 각종 검사 실시
14) Module Assembly : 셀을 모아 모듈로 조립
15) Pack Assembly : 모듈을 모아 팩으로 조립
(4) 배터리 셀 구조(완성차 업체들이 선택)
- 파우치형 / 각형 / 원통형
- BMW : 각형만 고집
- TESLA : 원통형만 쓰다가, 각형도 추가
(5) 배터리 셀 소재
- 2차전지 4대 소재(성능, 수명, 가격을 결정)
양극 : NCA, NCM, LFP, LCO
음극
분리막 : 음극과 양극이 서로 만나지 못하게 분리. 안전을 책임짐
전해액(액체)
- 방전 : 음극에 모여있는 리튬 이온이 반대편 양극으로 이동하는 것. 리튬이 모두 이동하면 완전방전.
- 충전 : 양극으로 넘어갔던 리튬들이 전해액을 거쳐 분리막을 통과해서 다시 음극으로 돌아가는 것. 완충.
- 양극제
NCA(Nickel, Cobalt, Aluminium) : 에코프로비엠 (글로벌리 4-5곳. 진입장벽 있음)
NCM : NCM523, NCM622, NCM811, 뒤에 붙는 숫자는 각 소재의 비중 : 에코프로비엠, 포스코케미칼, 엘엔에프, 코스모신소재 (플레이어 많음)
>> High Nickel : 힘이 더 쎄진다.
LFP(리튬인산철) : 국내 주력생산업체 없음. 중국에서 많이 사용. 중국정부에서 보조금 지급 받기 위해 많이 만듬. 싸고 무거움 => 주행거리 감소, 안전하고 가격경쟁력 좋음. 중저가 전기차용
LCO(리튬코발트) : 스마트폰에 주로 쓰이는 양극제.
배터리 1Kwh 당 양극제 2kg 사용. $26/kg(20달러 중반대), NCA/NCM 기준, LFP는 절반 이하
10Gwh의 배터리 공장을 짓는다면, 2만톤의 양극제 x $25 => 양극제 업체 매출액 산출 가능
- 음극제
천연흑연 : 인조흑연 대비 용량 우수. $5/kg (포스코케미칼, 중국 천연흑연 업체들)
인조흑연 : 천연흑연 대비 수명이 길다. $10/kg 천연흑연을 더 가공 (미쯔비시화학 등 일본업체들이 두각, 2022년 이후 포스코케미칼도 진입할 예정)
음극제 업체들이 보통 천연흑연과 인조흑연을 3:7, 또는 4:6으로 섞어서 음극제소재로 사용
양극제 쪽 기술이 진보하는 반면, 음극제의 발전은 더뎠음. 이를 타개하기 위해 실리콘첨가물 추가(실리콘이 음극제로 상용화된 것은 아니고 첨가물임)
실리콘첨가제 : 대주전자재료(현재 기준 유일하게 상용화 공급기업), 음극 100L 중 5L가 들어감. 양극의 힘의 크기에 발맞춰서 실리콘첨가제 비율도 늘어날 가능성 높음. $60/kg
배터리 1Kwh 당 음극제 1kg 탑재 / 실리콘첨가제 0.05kg
- 분리막 : 1) 안전성(내구성) : 분리막의 존재이유, 2) 다공성 : 촘촘한 구멍들이 많이 뚫여있어야 함
건식분리막 / 습식분리막 : 다공성 측면에서 습식분리막이 유리해 더 많이 사용
전통적으로 일본 업체들이 다수 : 도레이, 아사이, SK이노베이션 자회사(SK아이테크놀로지), W-Scope(한인, 일본상장), 무수히 많은 중국업체들
1Kwh = 12m2(제곱미터) = $1 내외
- 전해액 : 리튬을 양극 사이에서 옮겨주는 액체. 염 + 용매 + 첨가제를 하나로 배합한 것
염 : 천보, 솔브레인, 후성
첨가제 : 가장 중요한 핵심소재. 첨가제에 따라 배터리의 스펙이 결정되며 특허로 인해 진입장벽 높음. 미쯔비시화학(일), 센트럴글라스(일), 천보, 배터리업체들도 직접 생산
용매 : 대부분 화학업체들이 취급
염 + 첨가제 + 용매로 전해액 배합해 공급하는 업체 : 동화기업, 솔브레인, 엔켐(비상장)
1Kwh = 1kg, $10/kg
(6) 배터리 종류
- LiB(리튬이온배터리) : "어항"에 비유
- ASB(All-Solid Battery, 전고체배터리) : "햄버거"에 비유
>> 안정성 : 인화성 물질인 전해액이 없어지고 고체전해질 사용
>> 부피감소
>> 가격
(7) 배터리 원가 구조
- 내연기관차 제조비 : 구동부문(파워트레인) 33.5%
- 전기차 제조비 : 배터리팩 40%
- 배터리 : 재료비 65%
- 배터리 재료비 : 양극재(43%), 분리막(16%), 전해액(14%), 음극제(13%), 기타(14%)
- 배터리 업체의 영업이익률이 10% 넘기는 쉽지 않다. 고정비 레버리지 효과 낮음
- 70KWh 배터리팩 기준 가격이 $100~105/KWh까지 달성되어야 내연기관차와 Price parity 달성됨
(8) 배터리 단가인하 압력 vs. 원가절감 노력
- 배터리 가격은 지속 하락
- 2020년 배터리팩 평균가격 $140/KWh vs. 내연기관과 Price parity 가격은 $100/KWh
- 원가절감 노력
생산속도 향상 : 생산속도 향상에 따른 단위당 Capex 15% 감소
수율 개선
단위 셀/모듈 크기를 키워 부품수 최소화 -> 무게, 부피, 원가 감소
에너지 밀도 향상에 따른 단위당 원가 감소
