LG에너지솔루션의 2차 전지 부문 글로벌 벨류체인에 대하여 ③

(②편에서 이어집니다.)

LG에너지솔루션의 2차 전지 부문 글로벌 벨류체인에 대하여 ②

 

4. 문제점

 LG에너지솔루션은 현재 기업 외부의 위협요소와 글로벌 밸류체인 문제가 있고, LG에너지솔루션이 포함된 한국 2차 전지 산업 전체의 불안요소도 있다. 해당 문제를 크게 중국 기업의 점유율 증가, 다른 종류의 배터리 성장, 중국의 원자재 점유율 과대로 나눴다.

1) 중국 2차 전지 기업의 점유율 증가
중국 기업들은 거대한 내수시장을 기반으로 성장하고 있고, 중국 정부가 테슬라, 폭스바겐, 도요타 등 글로벌 기업들이 중국에 진출하여 전기차 판매 시 반드시 중국에서 생산한 배터리를 내재하도록 하여 중국의 2차 전지 점유율이 꾸준히 증가하고 있다.

국제에너지기구(IEA)가 발표한 2021년 글로벌 전기차 시장 동향 보고서에 따르면 2021년 글로벌 전기차 판매량은 660만 대라고 한다. 이 중 중국의 판매량은 340만대로 전체 시장의 약 52%를 차지하고 있다. 중국의 이번 판매량은 2020년 전 세계 전기차 판매량보다 더 많은 기록이다. 이 340만 대의 전기차 안에 중국 기업 배터리가 들어가기 때문에 내수 시장만으로도 2차 전지 시장의 점유율을 계속해서 높일 수 있는 것이다.

이러한 상황에서 사업 영역을 해외로 넓히며 점유율 격차를 더 벌리려 하고 있다. 글로벌 1위 2차 전지 기업 CATL은 최근 독일 중부에 18억 유로(한화 약 2조 4,100억 원) 규모 공장의 생산 허가를 받았고, 북미에도 50억 달러를 투자해 생산 공장을 지을 예정이다.

CATL 외에도 글로벌 3위로 치고 올라온 BYD는 현재 가동 중인 헝가리·프랑스에 이어 3번째로 아일랜드에 유럽 전기버스 공장을 신설할 계획이다. EVE도 헝가리에 공장을 설립할 계획이고, 궈쉬안은 미국 완성차 업체와 합작사를 설립했다고 밝혔다.

이로 인해 한국과 중국의 전기차 배터리 점유율이 계속해서 벌어지고 있다. SNE리서치의 자료에 따르면 LG에너지솔루션, SK온, 삼성SDI 한국 3사와 CATL, BYD, CALB, 궈쉬안, SVOLT 중국 주요 5사의 점유율 격차가 2020년 1%에서 2021년 16.8%로 벌어졌고, 2022년 1~2월에는 31.1%까지 벌어졌다.

 

2) 다른 종류의 배터리 성장
 지금까지는 NCM, NCA 등의 삼원계 배터리가 대세였는데 비교적 비싼 가격, 안전성 문제 등으로 인해 새로운 종류의 배터리들이 주목받고 있다. LFP배터리와 전고체 배터리가 그것인데 각각 중국과 일본이 주도하고 있는 상황이다.

① LFP배터리
 먼저 LFP배터리는 중국의 주력 제품으로 한국의 주력인 NCM배터리보다 무겁기 때문에 에너지 효율은 낮지만, 니켈과 코발트 대신 매장량이 풍부한 철을 기반으로 만들어 가격이 약 30% 저렴하다. LFP배터리가 지금까지 사용되지 않았던 것은 낮은 에너지 밀도 때문이었는데, 중국 배터리 기업들이 이를 보완하는 기술을 개발하면서 완성차 업체들이 관심을 가지기 시작했다.

 

전기차 배터리는 셀이 모인 모듈과 이 모듈들이 모인 팩으로 구성된다. 그런데 CATL이 모듈 단계를 생략하여 배터리 셀을 바로 팩 형태로 만드는 셀투팩(cell to pack) 방법을 개발했다. 이 기술 덕분에 배터리 탑재 공간이 15~20% 늘었고, LFP 배터리를 이용하더라도 소형차는 400km 이상의 주행 거리가 나올 수 있게 된 것이다.

글로벌 전기차 기업들은 NCM배터리의 가격 증가로 인한 영업이익 감소, 중저가 모델 개발 문제를 LFP배터리로 해결하려 하고 있다. 실제로 중국의 LFP배터리를 탑재한 테슬라는 올해 1분기 매출 187억 6,000만 달러(약 23조 4,700억 원), 순이익 33억 2,000만 달러(약 4조 1,500억 원)를 기록했는데, 순이익은 지난해 1분기 대비 654%나 증가한 수치를 기록했다.

현재는 LFP배터리가 기존 삼원계 배터리에 비해 점유율이 낮지만 테슬라의 영업이익 증가를 본 폭스바겐, 벤츠, BMW 등 주요 완성차 기업들이 LFP배터리 도입을 고려하고 있다. 이에 따라 대만 시장조사업체 트렌드포스는 LFP 배터리가 2023년부터 삼원계 배터리를 추월하여 향후 전체 시장의 60%를 차지할 것으로 전망하고 있다. NCM, NCA 등 삼원계 배터리를 메인으로 생산하고 있는 LG에너지솔루션 입장에서는 이러한 전망이 악재로 다가올 수밖에 없는 상황이다.

 

② 전고체 배터리
 전고체 배터리는 고체 형태의 전해질을 사용하는 방식으로 ‘꿈의 배터리’라고 불린다. 기존 배터리들은 가연성이 있는 액체 전해질을 사용하다 보니 외부에서 충격이 가해지면 화재와 폭발 위험성이 높고, 한번 불이 붙으면 완전히 연소할 때까지 잘 꺼지지도 않는다.

 

그런데 전고체 배터리는 위험 요소인 전해질이 고체 형태다 보니 구조적으로 단단해서 안정적이고 배터리 팽창 우려도 없어 화재 및 폭발 가능성이 현저히 낮다. 심지어 기존 배터리보다 훨씬 높은 900~1,000km의 주행거리에 충전시간은 3분의 1 수준으로 낮출 수 있기 때문에 꿈의 배터리라고 불리는 것이다.

이 전고체 배터리에서 가장 앞서있는 국가가 일본이다. 일본은 한국과 중국이 양립하고 있는 전기차 배터리 시장을 한 번에 뒤집을만한 아이템으로 전고체 배터리를 선택했다. 신에너지산업 기술종합 개발기구에 따르면 2001년~2018년 사이 출원된 전고체 관련 특허의 37%가 일본으로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 2위는 28%의 중국, 3위는 16%의 미국이다.

이러한 노력 덕분에 일본은 2020년 시제품이 첫 시제품을 선보이고, 구체적인 기술 개발 현황을 밝히는 등 전고체 배터리의 양산이 멀지 않다는 것을 시사하고 있다. 구체적으로 전고체 분야 글로벌 1위라고 평가받는 도요타는 2020년 세계 최초로 전고체배터리가 탑재된 전기차를 공개했으며, 2030년까지 전고체 등의 배터리 개발에 1조 5,000억 엔(한화 약 16조 원)을 투자할 계획이라고 밝혔다.

도요타의 전고체 배터리 탑재 전기차 / 출처: 오토 헤럴드

닛산은 2024년 내 요코하마 공장에 전고체배터리 시제품 생산설비를 마련하고, 2028년 내에는 전고체배터리가 탑재된 전기차를 출시할 것이라고 밝혔다. 그리고 전고체배터리 생산 가격을 1 kWh당 65달러 정도로 맞춰 현재 리튬이온 배터리의 1 kWh당 생산단가인 100달러보다 저렴하게 만들 것이라고 밝혔다. 혼다도 일본 오토모티브 월드에서 2030년까지 전고체배터리 상용화를 이뤄내겠다고 선언하면서 일본 완성차 기업 주요 3사가 모두 구체적인 년도와 함께 전고체 배터리 상용화 선언을 한 상황이다.

 

3) 중국의 2차 전지 원자재, 소재 점유율 과대
중국은 현재 거대 자본력을 이용해 광물 자원을 싼값에 대거 구매하고 있고, 광물 광산과 광물을 가공하여 만드는 원재료 시장까지 독점하고 있다.  배터리 안정성에 주요한 영향을 미치는 코발트는 콩고에 전 세계 매장량의 절반가량이 매장돼 있다.

이 때문에 중국은 콩고의 채무를 탕감해주고 여러 시설을 지어줄 것이라고 약속하며 콩고와의 관계를 우호적으로 만들고 있다. 이를 이용해 2020년 기준 콩고의 코발트 생산 광산 19곳 중 15곳을 중국 기업이 소유하거나 자금을 지원한 상황이다.

리튬 역시 중국이 상당 부분 차지하고 있다. 블룸버그에 따르면 글로벌 리튬 시장에서 간펑리튬과 티안키리튬 등 중국 주요 기업의 비중이 무려 65%에 달한다. 이것이 가능했던 이유는 중국 정부가 배터리 산업 육성을 위해 원자재 확보에 대한 국가전략 차원의 투자를 해왔고, 이를 이용해 주요 기업들이 리튬 채굴 기업과 리튬 광산을 인수했기 때문이다.

흑연은 중국 내 매장량이 많고 관련 기술력까지 보유하고 있다. 중국은 브라질에 이어 흑연 매장량 2위 국가로 전 세계 흑연 생산의 60~70%를 차지하고 있으며, 인조흑연 기술력을 갖춘 상하이 산산과 대규모 천연흑연 광산을 보유한 BTR이 음극재 시장 1, 2위까지 차지하고 있다. 이들은 값싼 노동력을 이용한 가격 경쟁력을 무기로 삼았고, 한국은 흑연의 99%를 중국산 전지용 흑연에 의존하고 있다.

출처: 이데일리

소재 역시 마찬가지다. 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 2021년 기준 2차 전지의 주요 소재인 양극재, 음극재, 분리막, 전해액의 중국 점유율이 모두 50%를 넘기는 것으로 나타났다. 중국의 양극재와 분리막 점유율은 50%대인 57.5%, 53.4%인데, 음극재는 무려 67.8%이고 전해액은 71.8%에 달하는 상황이다. 한국의 경우 양극재 21.9%를 제외하고는 음극재, 분리막, 전해액 모두 일본에도 밀리는 실정이다.

 

 

5. 대응

1) 1위 탈환을 위한 적극적인 투자
 LG에너지솔루션은 이번 해 상장을 통해 최소 10조 2,000억 원의 투자금을 마련했다. 이를 이용하여 2025년까지 400 GWh의 배터리 생산능력을 갖추기 위한 공장 설립하고 있다. 구체적으로 한국에 6,450억 원, 북미 5조 6,000억 원, 유럽 1조 4,000억 원, 중국 1조 2,000억 원을 투자하고 있다.

먼저 미국에는 앞서 언급했던 GM과 합작해 만든 얼티엄셀즈를 통해 전기차 배터리 합작공장 세 곳을 건설하기로 했다. 중국은 과거 2010년에 이어 두 번째 공략에 나섰다. 2010년대 당시에는 중국 5~6개 기업에게 대규모 수주를 하는 등 본격적으로 공략을 시도했으나, 중국 정부가 한국산 배터리를 탑재한 전기차에는 보조금 지급에서 제외하는 등 견제에 나서면서 결국 무산됐다.

 

그런데 내년부터 중국의 보조금 정책이 폐지되면서 중국 현지 기업과 한국 배터리 기업의 조건이 같아졌다. 이 때문에 LG에너지솔루션은 다시 한번 중국 시장 공략에 나섰으며 중국 난징 공장 확장에 약 1조 2,000억 원을 투입할 계획이다. 추가적으로 스텔란티스와 함께 캐나다에 4조 8,000억 원 규모의 합작공장을 건설하고, 미국 애리조나주에 1조 7,000억 원 규모의 원통형 배터리 공장을 건설한다.

2) 투트랙 전략

LG에너지솔루션은 저렴한 중국산 LFP 배터리에 대응하기 위해 기존 삼원계 배터리의 개선과 차세대 전지 개발을 진행하고 있다. 삼원계 배터리의 개선 전략은 희귀 광물인 코발트의 함량을 줄여서 가격을 낮추면서 니켈 함량을 높여 에너지 밀도를 높이는 방식으로, 가격 절감과 성능 향상을 모두 잡겠다는 것이다.

이를 적용한 배터리가 NCMA배터리다. 해당 배터리는 양극재의 니켈 함량을 90% 내외로 끌어올려서 에너지 밀도를 높이고, 비싼 코발트 비율을 5% 이하로 낮춰 가격을 낮춘다. 코발트는 소량만 넣어도 배터리 성능이 향상되기 때문에, 저 정도의 함량이 가능하다. 여기에 망간과 함께 비교적 저렴한 알루미늄 소재를 추가하여 안전성 유지와 출력 증가까지 이뤄낸다.
NCMA배터리는 지난해 4분기 양산에 돌입했고, 함께 얼티엄셀즈를 설립한 GM의 첫 대형 전기 픽업트럭 허머(Hummer)에 가장 먼저 탑재된다.

출처: 모터그래프

허머는 미국 바이든 대통령이 직접 시승해보는 이벤트를 미시간주 GM 전기차 공장에서 진행했는데, 시승 직후 성능을 극찬했다고 알려지며 기대감을 얻고 있다. 허머의 배터리 용량은 200 kWh 이상으로 미국 전기차 스타트업 리비안이 출시한 프리미엄 전기 픽업트럭(135 kWh)보다 65 kWh나 높다. GM에 이어 테슬라에도 납품할 예정이고, 향후 GM과 현대차의 합작사에도 해당 배터리 라인 양산이 예정되어 있다.

차세대 배터리 개발의 경우 일본이 선두주자로 있는 전고체 배터리를 준비 중이다. 전고체 배터리는 우수한 성능을 가지고 있지만, 이온의 낮은 이동 속도로 인한 출력 저하와 비싼 원가 등으로 인해 아직 개발 단계에 머물러 있다. 그리고 에너지 밀도를 높이기 위해 리튬 금속을 음극으로 적용하기 때문에 온도에 민감해져 60도 이상에서만 충전이 가능하고 충전 속도가 느리며 수명이 짧다는 한계가 있다.

출처: LG에너지솔루션

그런데 LG에너지솔루션이 지난해 미국 샌디에이고 대학(UCSD)과 함께 상온에서도 고속 충전이 가능하고 수명도 긴 전고체 배터리 기술을 개발했다. 이는 저팽창 실리콘 음극재를 사용한 것으로 실험 결과 500번 이상의 충전과 방전에도 80% 이상의 잔존 용량을 유지한 것으로 나타났다. 하지만 아직까지 해당 기술을 적용한 전고체 배터리 사용화까지는 추가적인 연구가 필요한 것으로 보인다.

 

 

3) 원자재, 소재 확보 다각화 및 내재화
LG에너지솔루션은 중국 원자재 점유율 과대에 대해 지분 인수와 업무 협약, 구매 계약 체결 등의 방식으로 원료 확보 다각화에 나서고 있다.

먼저 지분 인수 방식으로는 니켈, 코발트 등을 생산하는 중국 제련업체 그레이트 파워(Greatpower Nickel&Cobalt Materials co. Ltd)의 유상증자에 참여하여 4.8%의 지분을 인수하는 계약을 체결했다. 이를 통해 2023년부터 6년간 총 2만 톤의 니켈을 공급받을 수 있게 됐다. 니켈, 코발트 등을 생산하는 호주의 제련 전문 기업 QPM(Queensland Pacific Metals)의 유상증자에도 참여하여 지분 7.5%를 인수했다. 덕분에 QPM사에게도 2023년부터 매년 7,000톤의 니켈과 700톤의 코발트를 총 10년 동안 공급받게 됐다.

업무 협약 방식은 LG에너지솔루션 컨소시엄이 인도네시아 국영 배터리 합작사 IBI와 인도네시아 배터리산업 투자를 위한 업무협력 합의각서를 맺은 것이 있다. 여기서 LG에너지솔루션 컨소시엄은 LG화학, LG상사, 포스코, 중국 화유홀딩이 참여했고, IBI는 인도네시아 배터리산업을 위해 공기업 4곳이 지분 25%씩을 나눠 가지는 형태로 만든 국영 합작사다. 이번 업무협력은 인도네시아의 니켈 광산 채굴 사업과 제련 산업, 자동차용 배터리 생산공장 건설까지 패키지딜로 협상했다.

구매 계약 체결의 경우 먼저 호주의 배터리 원재료 생산 기업 오스트레일리안 마인즈(Australian Mines, AM)와 니켈 가공품(MHP) 장기 구매계약을 체결했다. 여기서 MHP란 니켈 및 코발트의 수산화 혼합물이다. LG에너지솔루션은 이 계약을 통해 2024년부터 6년간 니켈 7만 1,000톤, 코발트 7,000톤을 공급받게 되었는데, 이는 고성능 전기차 기준(한 번 충전으로 500㎞ 이상 주행 가능) 약 130만 대의 배터리를 제조할 수 있는 양이다.

그리고 독일 벌칸 에너지(Vulcan Energy)와 수산화리튬 공급 계약도 체결했다. 수산화리튬은 니켈과 쉽게 합성되는 원료로, 배터리에 니켈 비중이 높아지면 에너지 밀도가 높아져 1회 충전 시 주행거리가 늘어나기 때문에 중요한 원료라고 할 수 있다. LG에너지솔루션은 2025년부터 5년간 수산화리튬 4만 5,000톤을 공급받을 예정이고, 이는 고성능 전기차 약 110만 대 분의 배터리를 제조할 수 있는 양이다.

이외에 폐배터리를 재활용하는 방안도 진행하고 있다. LG에너지솔루션은 에코프로씨엔지와 계약을 맺고 LG에너지솔루션 오창과 폴란드 공장에서 나오는 폐배터리 2만 톤을 에코프로씨엔지에 보내 재활용한다. 북미 최대 전기차 배터리 재활용 전문 기업인 라이-사이클(Li-Cycle)의 지분 인수 및 사업 협약을 통해서도 재활용을 진행한다.

 

먼저 LG화학과 LG에너지솔루션이 600억 원을 투자해 라이-사이클의 지분 2.6%를 확보했는데, 이때 장기 공급 계약도 함께 체결하면서 2023년부터 10년에 걸쳐 니켈 2만 톤을 공급받게 됐다. 그리고 LG에너지솔루션과 GM의 합작사 얼티엄셀즈가 라이-사이클과 폐배터리 재활용을 위한 사업 협약을 체결했다. 

소재의 경우 LG화학을 통해 양극재, 분리막, 음극 바인더, 탄소나노튜브(CNT) 등의 내재화를 추진하고 있다. 먼저 양극재는 LG화학이 꾸준히 내재화율을 올리고 있다. 올해 구미공장 착공을 시작으로 4만 톤이던 양극재 생산 능력을 2026년 26만 톤까지 늘려 내재화율을 36%로 높일 계획이다.

출처: 블로터

양극재 1톤당 8.3대의 전기차에 탑재할 수 있다고 가정 시 LG화학이 양극재 캐파를 26만 톤까지 늘리게 되면 산술적으로 약 215만 8,000대에 LG화학의 양극재를 탑재할 수 있다. 그리고 분리막은 LG전자의 분리막 사업부를 인수해 분리막 코팅 기술을 수직 계열화했고, 배터리 양극 도전재용 CNT도 여수공장 등에서 생산할 예정이다. 

내재화가 어려운 소재는 협력사와의 관계 강화로 확보할 계획이다. 동박은 LG가 투자한 솔루스 첨단소재 헝가리 법인을 통해 수급받고 있다. 솔루스첨단소재 동박사업은 2021년 헝가리 2 공장 증설 투자 등을 발표하며 2025년까지 연산 7.5만 톤의 생산능력을 확보할 계획이다.

 

앞으로의 관계 유지를 통해 안정적인 동박을 대량 공급받을 수 있을 것으로 예상된다. 이외에도 포스코케미칼 등과의 협력 강화로 양극재와 음극재를 공급받고 있다. 특히 포스코케미칼은 국내 유일 양극재, 음극재 동시 생산 기업으로 얼티엄셀즈에도 양극재와 음극재 모두를 공급하는 계약을 체결했다.