리튬이온배터리 단점을 보완할 차세대 배터리 바나듐 배터리

 바나듐 배터리가 리튬이온 배터리의 대안으로 떠오르고 있습니다. 

전고체 배터리가 상용화되기 전까지 리튬_황 배터리와 더불어 기존의 리튬이온 배터리의 단점을 보완할 수 있는 차세대 배터리가 될 가능성이 매우 높다고 하겠습니다. 

바나듐 이온 배터리는 바나듐 전해액의 전기화학반응을 통해 전기를 충. 방전하는 구조입니다. 기존의 바나듐 레독스 흐름 전지(Vanidium Redox Flow Battery, VRFB)와는 전해질만 동일하고 완전히 새로운 전지라고 할 수 있습니다.

 

바나듐이온배터리(VIB) 출처: 스탠다드에너지

VIB 장점 (출처: 스탠다드에너지) 

바나듐은 무엇인가?

 

바나듐의 가장 큰 특징을 강철에 소량의 참가만으로 강도를 향상시켜 준다는 것입니다. 그래서 오래전부터 철강산업 및 자동차, 항공분야에서 널리 사용하던 광물입니다. 최근에는 에너지 분야의 신소재 이용 가능성이 높아 사용 영역을 확대해 나가고 있습니다. 

 

바나듐은 원자번호 23번으로 리튬보다 무겁고 커 배터리로 사용 시 에너지밀도면에서 불리한 점이 있습니다 따라서 전기차용 도로는 적합하지 않지만 충방전 횟수가 크고 열적 안정성이 우수하여 ESS용도로 적합한 재료라고 하겠습니다. 

 

 

리튬 배터리 vs 바나듐 배터리 비교 

 

장점은 충.방전횟수가 매우 우수하며 폭발 위험이 낮아 안정적인 배터리입니다. 에너지 밀도 역시 리튬 배터리의 약 50% 이상 높다는 장점이 있습니다. 또한 배터리 효율이 96% 수준으로 매우 높습니다. 즉 배터리의 충. 방전에 따른 전기 효율의 거의 없다는 얘기입니다. 

 

반면 리튬이온보다 충.방전의 속도가 느리고, 특정 온도 범위에서 바나듐 이온의 석출 가능성이 높으며, 상대적으로 부피가 커진다는 단점이 있습니다. 게다가 결정적으로 가격이 약 3배 정도 비싸다는 불리함이 있습니다.

그렇지만 충방전 횟수가 크고, 열적안정성이 우수하여 방열을 위한 추가적인 시스템이 불필요하다는 점에서 양산화 될 가능성이 매우 높다고 하겠습니다. 

 

특히 많은 횟수의 충.방전이 가능하고 열적인 안정성이 탁월하기 때문에 주로 ESS용도로 사용될 가능성이 높으며, 양산화 시 리튬이온 배터리처럼 화재의 위험성에서 자유로울 수 있어서 확실한 대안 될 것으로 보입니다. 

 

바나듐은 국내에 보유한 천연자원 중 유일하게 매장량이 여유로운 재료입니다. 특이 대전과 충북일대에 집중되어 있으며 매장량은 약 10조 원 대로 추정됩니다. 대전지역 9개 광구의 보유량은 22만 2000톤 수준으로 년간 예상 소비량이 8,400톤인 점을 고려할 때 약 26년간 사용이 가능한 양입니다. 

 

 

바나듐 배터리의 종류 

 

 

바나듐 레독스 흐름전지의 장점과 리튬이온 배터리의 장점을 조합한 배터리가 바로 바나듐 이온 배터리라고 합니다. VRFB보다 배터리 효율이 약 16% 우수하고, 리튬이온 배터리처럼 전기 충전이 가능합니다. 또한 열적 안정성이 더 우수하고 VRFB보다 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있습니다. 

 

 

 

바나듐 배터리 개발 현황 

 

 

2000년 초반 도요타에서 연구를 시작한 이후로 활발한 개발이 이루어지고 있습니다. 

한국은 세계최초로 바나듐 이온 배터리 (VIB)의 양산을 준비 중에 있으며, 독일은 2019년부터 20MW급 바나듐 배터리를 운영 중에 있습니다. 

2015년 이후 미국의 4~8MW급 파일럿 라인의 확대 및 공격적인 연구가 이루어 지고 있다고 합니다. 

국내의 스탠다드 에너지 21년 4월  소프트뱅크벤처스로부터 100억 투자유치를 받기도 했을 정도로 그 기술력을 인정받고 있습니다. 카이스트와 MIT 연구진들이 포진된 국내 독보적인 바나듐 배터리 회사라고 하겠습니다.  

 

 

바나듐 관련주

 

전기차 회사들이 배터리까지 생산하려고 하는 본질적 이유

 오늘날 글로벌 SCM의 특징은 서플라이어들을 간의 분업화라고 할 수 있습니다 그러나 최근의 이러한 기조를 역행하는 것이 있는데요 그것은 바로 전기 자동차를 생산하는 완성차업체들의 배터리 생산일 것입니다.

 

왜 분업화를 통한 효율을 포기하고 완성차 업체들은 리스크를 감안하면서도 

직접 배터리를 생산하고자 하는 것일까요?

첫 번째 이유는 배터리를 내재화해야만 자신들의 소프트웨어 플랫폼과 최고의 시너지를 낼 수 있기 때문입니다.
자동차 회사가 배터리 셀까지 직접 만드는 첫 번째 이유는 바로 원가 인하를 위함입니다. 전기차의 총 제조원가에 30%가량을 차지하는 배터리는 원가 구조에 가장 핵심이면서 기본인 부분입니다 따라서 배터리 셀을 직접 만들 수 있다면 그만큼 원가를 낮출 수 있다는 의미입니다.
하지만 원가 절감 부분으로 많은 설명하기가 어려운 것이 있습니다 뭔가를 떨어뜨리기 위해서라면 배터리 업체로부터 공급되는 셀 만으로도 충분하고 그 바닥까지 들어가는 것은 전문 분야도 아니고 셀 생산을 위한 기술적인 리스크도 크기 때문에 굳이 위험을 무릅쓰고 필요가 없을 것입니다. 하지만 그런데도 배터리 셀 단위부터 관여하고자 하는 완성차업체들의 속내는 따로 있다고 보는 것이 맞을 것 같습니다.
전기차 생산이 본격화되는 2024년 이후부터는 완성차업체들의 소프트웨어가 전기차의 모든 부분을 통제하게 될 것입니다. 모든 기능을 통제하는 중앙 집중적이고 강력한 컴퓨터와 소프트웨어 운영체계가 구축되게 될 경우 배터리의 세부적인 부분까지 실시간으로 모니터링하고 전기차 시스템 전체가 최적의 효율을 낼 수 있도록 배터리 상태를 관리하고 분석할 수 있게 될 것입니다.
현재도 배터리의 상태를 관리하는 BMS(Battery Management System)는 중요한 기술 중에 하나로 취급받고 있습니다. 하지만 아직까지는 OTA(Over The Air)를 통한 업데이트라던가 셀단 위 상태의 전체 시스템과 연동해 최적의 성능을 끌어내는데까지는 도달하지 못한 상태이죠. 하지만 3,4년 안에 전기차의 통합 제어용 프로세스와 소프트웨어를 통해 BMS도 획기적인 개선이 될 것이라는 전망입니다. 이렇게 되면 물리적인 배터리 용량을 늘리지 않고도 성능을 크게 개선할 수 있게 될 것입니다.

 

두 번째 전기차 회사들이 배터리까지 내재화 해야 하는 두 번째 이유는 바로 고용문제 때문입니다.
내연기관 차량에서 전기차로 시프트 될 때의 가장 큰 문제로 대두되는 것은 관련 부품에 수각 1/3로 줄어들게 된다는 점이고 그로 인해에 관련된 인력의 잉여화가 높아진다는 부분입니다. 이를 위해서 자동차 회사는 어쩔 수 없는 인원 감축이 필수이지만 자동차 회사의 극단적인 구조조정은 정치적인 문제와도 맞닥뜨릴 수 있기 때문에 쉽게 결정할 수 있는 사안이 아닙니다.
그러나 배터리 생산을 수직계열화 할 경우 잉여인력에 대한 고용창출 효과가 늘어나기 때문에 이 문제를 해결하는데 사활을 걸고 있는 것이죠. 최근 GM이 LG 에너지 솔루션과 미국 미시간에 배터리 전용 공장을 투자하는 부분도 이런 맥락에서입니다. 대규모 배터리 셀 공장을 건설해 노동자의 고용을 창출함으로써 GM의 영양력을 높이고 정치권과의 협상에서도 유리한 위치에 설 수 있게 되기 때문이죠.

정리하자면 자신들의 배터리 내재화를 통해 향후 배터리에서 파생될 수 있는 시장의 주도권을 잡겠다는 의도라고 해석할 수 있습니다. 따라서 배터리 부분에 집중하는 우리나라의 상황에 있어서는 이러한 완성차업체들의 전략적인 기조가 어떤 영향을 줄 수 있을지 곰곰이 따져봐야 할 것입니다. 왜냐하면 배터리는 결국 전기 자동차라는 최종 제품의 한 부품으로써 그 역할이 제한되게 되므로 전기차 상용화 시대가 도래했을 때 최종 제조사에  휘둘리는 단순한 협력사로 전락할 수도 있기 때문입니다. 이를 방지하기 위해서는 완성차 업체에서 가질 수 없는 절대적인 기술적 장벽을 확보하고 주도권을 잃지 않는 것이 무엇보다 중요할 것이라고 생각합니다.

공기로 만들어진 배터리?

 

새로운 에너지 저장기술, 리튬-공기 배터리 

리튬-산소 또는 리튬-공기 배터리는 오늘날 에너지 저장기술을 개선할 수 있는 많은 방법 중 한 가지입니다. 리튬과 다른 금속-공기 배터리는 높은 에너지 밀도에 대한 가능성 때문에 여러 곳에서 연구대상으로 선호되고 있지만 낮은 효율과 수명 사이클이 걸림돌로 작용하고 있어 쉽지 않은 문제이었죠.

출처 : 소프트뱅크

이 같은 사실을 염두에 두고 일본 국립 재료과학원과 소프트뱅크의 과학자들이 충전식 리튬-공기 배터리를 개발했다는 소식입니다. 그들은 리튬-공기 배터리가 기존의 리튬이온 배터리 에너지 밀도를 크게 웃도는 것을 확인했다고 합니다.

리튬-공기 배터리의 음극 전극으로 리튬 사용하고, 양극 다공성 탄소전극은 산소에 의존하는 구조입니다. 10개의 셀 적층 장치 크기는 4x5cm이고 전극이 있는 단층 셀의 크기는 2x2cm입니다.

[리튬 공기 배터리 충전원리_위키피디아]

비록 LAP 수준이긴 하지만 이들이 만든 배터리는 실온에서 작동 했을 때 기존 리튬이온 배터리의 약 2배인 500 Wh/kg의 에너지 밀도를 보였습니다. 이 성능은 에너지 밀도와 충. 방전 사이클 면에서 세계에서 가장 높은 것으로 알려져 있습니다.

기존의 리튬-공기 배터리의 테스트 결과를 살펴보면 충.방전 사이클이 100 사이클 이상 되더라도 실제 셀 수준의 에너지 밀도는 50Wh/kg에 불과했고, 반면 에너지 밀도가 300Wh/kg인 경우 충. 방전 사이클수는 20 사이클 미만인 수준이었습니다.

연구원들은 이번 결과를 '머터리얼즈 호라이즌스' 최신호에 '산업에서 리튬-공기 배터리에 실질적 성과를 정확하게 예측하기 위한 리튬공기 배터리 평가 기준'이라는 논문으로 게재했습니다.

리튬이온배터리 수명을 30% 연장하는 획기적 방법

 우리 모두는 리튬이온 배터리가 열화 된다는 것을 알고 있습니다. 이것은 전기차의 미래에 대해서 말할 때 대부분의 전기차 반대론자들이 제기하는 문제이기도 합니다. 열화에 따른 배터리 수명저하는 그만큼 해결해야할 숙제였습니다. 그런데 DOE와 스탠퍼드의 과학자들은 리튬이온 배터리 수명을 연장할 수 있는 획기적인 방법을 발견했다고 합니다.

리튬이온 배터리는 매우 적은 무게와 작은 부피에도 엄청난 양의 에너지를 포함할 수 있기 때문에 전기차를 비롯한 다양한 분야에서 매우 인기가 있습니다. 하지만 이것은 또한 반대의 개념으로 볼 수 도 있습니다. 즉 리튬이온 배터리의 에너지 밀도가 높아질수록 더 작은 부피 내에 더 많은 에너지가 주입되기 때문에 그만큼 불안정해질 수 있다는 점인데요. 이러한 문제들은 과거 전기차 화재로 이어지면서 그 위험성을 드러내기도 하였습니다.

리튬 이온 배터리 또 다른 큰 문제는 배터리의 충. 방전 시에 불가피한 용량 손실이 나타난다는 점입니다. 그 이유는 충. 방전 주기마다 배터리 전극에서 리튬에 작은 비트가 느슨해지기 때문입니다.
그러나 DOE와 스탠포드 과학자들은 이 비활성 리튬 비트를 배터리의 음극으로 연결함으로써 용량 손실을 커버할 수 있는 방법을 찾았다고 합니다.

비활성 리튬 이온들은 배터리를 열화되게 하고 심지어 불이 붙게 하기 때문에 쓸모없는 것이라고 여겨졌습니다. 하지만 연구진들은 비활성 리튬을 음극과 전기적으로 다시 연결시키는 방법을 발견했습니다.

리튬 음극을 다시 활성화 시키기 위해 충전 사이클 끝에서 방전 전류를 크게 증가시키면, 비활성화 된 리튬이온을 음극 쪽으로 이동시키게 됩니다. 방전 전류가 높을수록 이동 속도가 빨라지고 공정 효율도 높아진다는 것을 테스트 배터리와 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 검증하였습니다.

이번 연구결과는 실제 배터리의 리튬이온을 충전 프로토콜 조정만으로도 회복시킬 수 있다는 것을 보여주었다는 점에서 매우 의미 있는 결과라 할 수 있습니다. 이 정도면 배터리 수명을 최대 30%까지 연장할 수 있기 때문입니다. 손실된 리튬이온을 재활용할 수 있게 되면 배터리 화재의 위험도 낮아지고, 배터리의 사용수명 연장에도 도움을 줄 것으로 기대됩니다.

전고체 배터리 상용화가 어려운 진짜 이유

 

전고체 배터리 개발의 문제점

전고체 배터리의 역사를 보면 1912년 Toyota는 EV 시장에서 경쟁력을 유지하기 위해 자동차산업 애플리케이션을 위한 배터리에의 실험적 연구를 수행하기 시작했습니다. 동시에 폭스바겐은 전문적인 스타트 업과 파트너십을 맺기 시작했고, 1993년 콜로라도대학 연구원들은 철-황 케미스트리를 기반으로 한 고체 복합 양극을 사용하여 기존보다 더 높은 에너지 용량을 구현하는 배터리를 발표했습니다.

2017년 리튬 이온 배터리 공동 발명가인 존 굳 이너프 교수는 유리 전해질과 리튬, 나트륨 또는 칼륨으로 구성된 알칼리 금속 음극을 사용하는 고체 배터리를 공개했습니다. 이 개발 논문을 시작점으로 했을 때 2013년부터 지금까지 약 10년이 지났습니다. 

업계에 목표인 2027년이 지나면 과연 우리는 전고체 배터리 양산을 볼 수 있을까요?

잘 알다시피 리튬이온 배터리는 음극과 양극, 전해액 ,분리막으로 구성되어 있습니다. 방전에 첫 번째 시작은 리튬의 이온화라고 할 수 있습니다. 결국 리튬 이온의 이동속도와 함유량이 배터리의 용량을 결정하게 되는데 핵심원리는 리튬이온의 이동이 원활해야 한다는데 있습니다. 현재 리튬이온 배터리의 전해질은 액체 상태입니다. 액상이기 때문에 배터리 내부로 주액이 용이하며, 비워진 공간 없이 공간의 활용도도 비교적 높습니다. 리튬폴리머 배터리같이 액상 전해액은 겔화시키는 방법도 용이합니다. 전해액을 주액한 후 개시제를 추가로 주액하면 두 물질이 반응하여 전해액이 겔(Gel)화 되는 것입니다.
반면 전고체는 전해질의 상태가 고체인 것이 가장 큰 차이점이라고 할 수 있습니다. 고체 상태의 파우더를 배터리 내부에 넣으면 액체와 달리 배터리 내부를 완벽히 채우기가 어렵습니다. 따라서 배터리 내부의 비어 있는 공간이 생기기 마련입니다. 실제 액체 전해액을 주액할 때도 배터리 내부를 진공으로 만들고 나서 밀어 넣은 뒤 충분히 스며들도록 시간을 두고 기다립니다.

또한 전해액이 고체와 됨으로 인해 리튬이온이 이동할 수 있는 경로를 충분히 확보할 수 있는 기술이 필요하게 됩니다. 전고체 배터리에 캐소드 양극재와 고체 전해질 리튬 음극이 잘 믹스되어야 정상적인 동작이 가능해집니다. 양극 입자 하나하나가 전해질과 접촉이 되기 위해 정밀한 컨트롤이 필요하게 되며 이로 인해 양산을 위한 상당한 원가 상승 원인으로 작용하기도 됩니다. 리튬 이온 이동할 수 있는 경로를 충분히 확보할 기술 개발이 필요한 것이죠.

또한 전고체 전해액의 경우 배터리 내부에 보이드가 많이 생기고 이 공간을 없애기 위해 ALD (Atomic Layer Disposition , 원자층 적층) 같은 반도체에서나 사용되는 정밀 적층 코팅기술이 필요하게 됩니다

액체 전해질의 시장 가격은 kg 당 10달러 이하이지만 고체 황화물로 만든 고체 전해질 1 kg은 Lab 상에서 샘플을 감안하더라도 천만 원 이상의 비용이 듭니다. 양산하더라도 액체 전해질 가경 대비 10배 이상 비쌀 수 있습니다.
이렇게 되면 배터리 가격 상승으로 전고체 양산 자체가 어려워집니다. 액체 전해질을 사용하면 바로 해결될 문제들이 고체 전해질을 사용할 시 중요한 기술적인 난제로써 작용할 수 있습니다.

현재까지 가장 유력한 전해질인 황화물계 고체 전해질은 제조 과정에서 대기나 습기에 노출될 수 없으며, 노출 시 상당한 유독가스를 방출하게 됩니다. 발생되는 황화수소는 매우 유독한 가연성 기체이며 공기보다 무거워 환기가 잘 되지 않는 공간의 경우 아래 부분에 축적되게 됩니다. 특히나 인체에 유해하여 발생 시 치명적일 수 있습니다. 고체 전해질 제조를 위해서 아르곤으로 채워진 글로브 박스 안에 수 십 그램의 고체 전해질 샘플을 제조하는 대만 일주일이 걸리고 대량 양산을 하려면 시설 전체를 아르곤으로 채워야 하기 때문에 공장 건설 비용이 대폭 증가할 것입니다.

전고체 배터리 제조하기 위한 기술적 난이도는 기존에 우리가 생각하고 있는 리튬이온 배터리나 다른 케미스트리 배터리와는 차원이 다른 문제라고 생각합니다. 그 말은 다르게 생각하면 전고체 배터리를 확보한다면 그만큼 전기차 시장의 게임 체인저로서 우월한 지위를 차지할 수 있다는 의미로 해석됩니다.

리튬배터리의 발화 매커니즘

 

배터리 화재 왜 일어날까?

 리튬 배터리로 인한 화재가 발생되었다는 것은 다시 말해 강한 열에너지를 발생시켰다고 볼 수 있습니다. 

분리막을 통해 음극과 양극이 만나는 현상 즉 단락이 발생된다거나, 덴드라이트 등과 같이 단락의 원인 다르더라도 전자이 이동이 급격히 진행되는 경우 주울 열(Joule heat)에 의해 발화가 진행될 수 있습니다. 

다음은 리튬배터리에서 발생할 수 있는 발화 메커니즘에 대한 설명입니다. 

 

1. 제조 결함에 따른 이물 혼입

배터리 제조 과정에서 이물질(금속 또는 금속산화물)이 양극과 분리막 사이에 유입되면 충전과 방전을 계속하면서 이물질이 환원전압 영역에 이르면 금속 이온 상태로 환원되어 분리막을 통과하여 음극으로 이동하게 되고 음극으로 이동한 금속 이온물질은 음극 활물질 표면에 축적되면서 결정성을 지닌 덴드라이트(Dendrite, 수지상정) 형태로 성장하게 되고 덴드라이트가 성장하여 분리막을 거쳐 양극의 접촉되면 음극의 전자가 순식간에 양극으로 흐르면서 이때 발생된 주울 열에 의해 발화 폭발이 가능하게 됩니다.

2. 과충전

충전이 계속되어 과충전이 되면 발열을 하고 전해질에서 가연성 가스의 발생 등이 일어나게 됩니다.

일반적으로 과충전 시 배터리 내부에서는 처음에 전해액과 마이너스극의 환원 반응이 일어나서 전해액의 열분해, 전해액과 플러스 극과의 산화분해, (-)극의 열분해, (+)극의 열분해, 최후에는 분리막의 용융 유동에 의한 내부 단락이 발생됩니다.

과충전을 하면 플러스극은 산화, 결정구조 파괴 의한 발열이 일어나고 마이너스극은  금속 리튬이 석출되게 됩니다.
과충전 방지 보호회로(Protection Circuit Board, 이하 PCM) 있더라도 고장 등의 이유로 기능하지 못하는 경우에 과충전이 발생되어 폭발할 수 있고 과충전을 방지하기 위해 PCM이 설치되어 있는 경우에도 다음과 같은 경우 화재로 연결될 수 있습니다.

1) 배터리의 설정을 잘못하여 충전하는 경우
2) 액셀의 전압 밸런스가 무너진 경우

 

3. 과방전

방전에 의해 음극에서 Li+이 다 빠져나간 후 계속 방전 모드가 지속되면 음극에서 더 이상 전자를 공급할 수 없기 때문에  구리극판에서 전자가 공급되면서 이로 인해 구리극판이 녹게 됩니다. 구리극판이 녹게 되면 집전체로서의 기능을 잃게 되고 내부 단락에 가능성이 높아져 배터리의 기능이 열화 되게 됩니다.  방전을 하면 양극 측에 코발트가 용출되고, 음극 측에는 구리극판이 용출되게 됩니다. 따라서 과방전을 하면 과충전과 마찬가지로 발열현상이 나타나게 됩니다.

4. 외부 열에 의한 가열

화재열 등에 의해 외부로부터 가열된 경우에는 배터리 내부에서 플러스극 재료, 전해액, 마이너스극 재료가 단독 및 상호 발열반응을 일으키고 이에 따라 분리막이 용융하여 전극이 단락 되고 열 폭주가 개시될 수 있습니다.  PCM은 과충전, 과방전, 과전류, 정기적인 이상 특성에 대해서는 보호 역할을 하지만 배터리가 고온에 노출된 경우에는 배터리 내부 자체의 활성화 에너지 반응을 막을 수 없기 때문에 PCM 여부에 관계없이 발화 폭발할 수 있습니다. 리튬폴리머 배터리의 경우 약 130 ℃로 과열되었을 때 부풀어 오르는 현상이 일어났고 약 170 ℃에서 폭발과 함께 불꽃 방출이 일어났습니다.

 

5. 외부 충격

외부로부터 충격에 의해 각 전극의 절연이나 분리막이 손상되는 경우 그때의  발화에 이르지 않더라도 충전 시 내부 단락이 발생하여 발화되는 경우가 있습니다.

테슬라가 BYD와 손절하는 결정적인 이유

잇따른 BYD 배터리 품질 사고로 인해 테슬라의 물동 중 BYD의 비중이 축소될 것이라는 전망이 있습니다. 그에 따라 CTAL과 LG에너지솔루션의 반사 이익이 기대되고 있습니다. BYD는 잘 알려져 있다시피 CATL과 같은 리튬인산철(LFP) 배터리 기반의 생산라인과 직접 BEV를 생산하는 업체입니다. 전기차 판매량만 놓고 보면 이미 테슬라를 넘어선 상태이기도 합니다. 

BYD가 주력으로 생산하는 LFP배터리는 삼원계 조성 배터리보다 에너지밀도가 낮고 무겁다는 단점이 있지만 열적 안정성이  우수하고 가격 경쟁력이 탁월한 장점을 가지고 있습니다. 초기 전기차의 대중화를 위해 가장 큰 부분을 차지하는 배터리의 Cost 경쟁력 확보를 위해 테슬라는 주저없이 LFP 배터리의 손을 잡았습니다. 예상대로 전기차의 가격대를 주변의 예상보다 더 급격히 낮출 수 있어서 빠른 속도로 자동차 시장에 안착시킬 수 있었습니다. 

언론에서는 BYD의 물동감소 현상은 중국 내에서 연이어 벌어진 품질 사고 영향성이 크다는 분석입니다. 그러나 품질 사고 영향성을 배제할 수는 없지만 근본적으로 테슬라가 BYD를 손절하려는데는 다른 이유가 있어 보입니다. 

최근까지 테슬라는 배터리에 기술력 확보에 집중하고 있습니다. 지금까지 개발된 어떤 배터리 보다 에너지효율이 높다는 4680 배터리를 대중에 공개했고, 테슬라 인하우스 라인을 통해 생산수율을 올리는데 집중하고 있지만 기대만큼의 결과를 얻지 못하는 것으로 알려져 있습니다. 즉 테슬라의 입장에서는 이렇게 우수한 수준의 배터리를 개발하여 자체 모델에 적용함으로서 전기차시장에서 차별화를 꽤하고 중요 원재료 인 배터리 업체의 의존도를 낮춤으로서 전기차 시장에서의 주도권을 잃지 않겠다는 전략을 가지고 있습니다. 

그런데 배터리의 수율향상을 더디고 전기차 시장에서 판매량까지 선두를 놓쳤다는 충격은 테슬라에게 충분히 위기감을 느끼게 할 수 있는 부분이었을 것입니다. 자신의 자리를 테슬라에게 배터리를 공급하던 업체라는 그 충격은 더욱 클 수 밖에 없었을 것입니다. 

BYD 경우 배터리와 완성차 라인을 함께 운용하고 있다는 점은 치명적인 부분이라고 생각합니다. 이를테면 반도체 업계에서 바라보는 삼성과 유사하다 생각하면 쉽습니다. 인텔이나 엔비디아 같은 고객사들은 자신들이 설계한 반도체를 생산해 줄 파운드리업체를 찾지만, 파운드리에 집중하는 TSMC와 달리 삼성은 자체 모델을 함께 생산한다는 점에서 고객입장은 떨떠름 할 수 밖에 없습니다. 단순히 고객의 요청대로 생산하는 협력사가 아닌 자신들이 설계가 경쟁상대에 넘어가길 바라는 고객은 없을테니까 말입니다. 

테슬라 역시 같은 생각이라고 봅니다. 배터리 전문업체들로의 비중을 낮추어야 하지만 경쟁사역할을 하는 BYD는 더욱 못 믿을 업체일 테니까 말입니다. 최근이 품질사고가 트리거가 되었다기 보다 이 기회를 통해서 BYD의 연결고리를 끊어 버리려는 생각이 더 강하다고 봅니다. 

어찌되었든 BYD의 품질이슈는 배터리 경쟁사들의 수혜를 가져올 것은 분명해 보입니다. 덕분에 CATL과 LG엔솔의 비중이 늘어날 전망입니다. 특히 LG엔솔의 경우 LFP 배터리 생산까지 전략적으로 확보하기 위한 노력을 하고 있어 향후 좀 더 큰 물량을 기대해도 될 것입니다. 하지만 어디까지나 이부분은 테슬라의 시장 점유율이 다시 선두에 올라서고, 자체 라인에서 생산하는 배터리 효율상승속도가 더딜때라는 가정에서만 가능합니다. 

이 두가지 조건 중 어느하나 만족하지 않을 경우 예상은 빗나갈 수 있다는 점을 유념해야 할 것입니다. 

IRA에 따른 한국 분리막 업체의 미래전망

 미국 IRA에 따라 배터리 셀 및 팩공정 라인의 미국 내 투자가 기정사실화 되고 있습니다. 그에 따른 장비업체를 비롯 핵심 원재료인 양극재와 분리막가공업체들도 함께 미국행을 도모하고 있습니다. 배터리 산업 선두에 있는 중국의 CATL과 BYD 등에 비해 확장속도면에서 다소 늦어지고 있는 K- 배터리 업체 입장에서는 이번 IRA를 어떤 관점에서 전략적으로 활용할 지가 향후 미래 먹거리 시장에서 주도권을 가질 수 있는가의 관건이라 할 수 있겠습니다. 

최근 1~2년의 실적만 보더라도 중국의 LFP 조성의 배터리는 가격경쟁력과 규모의 경제를 바탕으로 공격적인 마켓 확장을 이뤄내고 있습니다. 과거 중국 내수시장에 국한할 것이라는 전망과 달리 좀 더 이른 시점에 유럽을 기반으로 한 확장세가 두드러지고 있어서 우리나라 업체들도 신경이 쓰이는 상황입니다. 

특히 저희같은 분리막 업체의 경우 중장기 관점에서 분석이 매우 중요한 상황입니다. 최근 분리막 시장 역시 중국분리막 업체들의 가격경쟁력에 고전하면서 매년 수요감소를 격고 있습니다. 따라서 기존에는 고수익 모델위주의 조합 위주로 생산 모델배분을 진행하였습니다만, 미국의 IRA에 따른 반사이익으로 향후 더 좋은 기회가 올 것으로 예상하고 있습니다. 

하지만 마냥 즐거울 수는 없는것이 최근 미국 포드와 CATL이 IRA의 헛점을 파고들어 기술제휴방식으로 미국 내 배터리 투자를 진행하는 것은 새로운 Risk가 될 수 있다는 생각입니다. 

배터리 라인이 미국 내에 이런식으로 도입될 수 있다는 의미는 결국 분리막이나, 양극재 역시 가능하다는 뜻이기 때문입니다. 

 포드와 CATL간의 기술제휴는 미국 배터리 시장에 큰 영향을 미칠 것입니다. CATL은 세계적인 전기차 배터리 제조업체 중 하나이고 이 제휴를 통해 포드는 전기차 및 수소연료전지차량용 배터리를 보다 경쟁력 있게 공급할 수 있게 되었습니다. 이러한 기술제휴는 미국의 전기차 시장의 성장을 촉진하고, 다른 완성차 업체들 역시 포드의 전철을 밟아 나가게 될 것입니다. 그에 따라 미국 내 전기차 및 수소연료 전지용 생산시설의 수요 역시 큰 폭으로 증가될 것입니다. 

또한 이러한 제휴는 미국 내에서 전기차 생산에 대한 아시아 등 일부국가의 의존도를 낮출 수 있어서 자국 내 생산을 경험을 토대로 한 배터리 생산 기술의 비약적인 발전을 가져올 전망입니다. 

이러한 중국 메인 업체들과의 성공적인 결과는 GM이나 스탤란티스 역시 같은 변화를 가져올 것입니다. 중국 경쟁 업체로부터 수입된 배터리 제조기술을 토대로 생산에 대한 기술적 능력을 확보하기 위해 더 많은 자금과 시간, 인력을 투입할 것이 뻔합니다. 

이러한 경쟁을 통해서 배터리의 가격 경쟁은 더욱 치열해 지고 전기차 시대로의 진입속도는 더욱 빨라질 것입니다. 

IRA에 따라 중국업체의 미국 내 진입 장벽이 무한정 공고해지지만은 않을 것이라는 점을 잊지 말아야 합니다. 특히나 지금 미국의 입장은 자국 이익 극대화 입장에서 모든 전략과 정책을 입안하고 있다는 점입니다. 이러한 과도기에 명확한 전략으로 접근하지 않으면 진수성찬이 차려진 밥상에서 수저만 들고 처다보는 꼴이 될 수도 있습니다.