전기차 배터리에 대해 알아보자(Feat, 원료/시장/미국, 중국, 한국 움직임)

안녕하세요 얕학다식입니다.

 

오늘은 배터리에 대해서 알아보는 시간을 가져보겠습니다.

 

 

전기차 배터리의 원료는?

 

배터리는 크게 4가지 원료로 만들어집니다.

 

 

1. 양극재

2. 음극재

3. 분리막

4. 전해액

 

항상 문제가 되는 것은 양극재.

음극재는 보통 흑연을 쓰고, 분리막이나 전해액도 소재가 흔한 것이라 큰 문제가 없다마느 양극재는 그렇지 않음. 

 

배터리 시장에서 선점 국가는?

배터리 시장은 양극재로 인산철을 쓰는 중국과 3원계를 쓰는 한국이 세계 투톱입니다.

중국이 생산하는 주력 배터리는 양극재로 리튬을 기본으로 해서, 인산철을 섞어 쓰는 리튬인산철 배터리이고 그중 세계 인산철 배터리의 95%가 중국에서 나오죠.

 

 

중국과 한국에서 생산사는 배터리의 차이점

 

 

중국의 인산철 배터리는 배터리 약빨이 빨리 닳는 단점이 있지만, 인산철의 인과 철이 싼 재료라서 원가가 싸고, 에너지 말도가 낮아서 불이 잘 붙지 않는 장점이 있죠.

 

한국의 3원계 배터리는 리튬을 기본으로 해서, 양극재로 니켈, 코발트, 망간을 보통 60%, 20%, 20% 섞어 만들어서 3가지가 섞여 있다고 해서 3원계 배터리라고 부릅니다. 비싼 재료가 많이 쓰여 원가가 높고 에너지 밀도가 높아서 불이 잘 나지만, 배터리 약빨이 좋아 어래가는 장점이 있습니다.

 

 

배터리 원료의 생산량(철, 망간, 니켈, 코발트, 리튬)

전 세계 금속들의 연간 생산량을 보면, 철은 21억톤, 망간 8천만 톤으로 넉넉하게 나오고 있으나, 문제는 3월계에서 많이 사용하는 니켈과 코발트입니다.

 

니켈은 전세계에서 연간 200만톤이 생산(니켈은 주요 수출국인 러시아가 우크라이나를 침공하는 등으로 공급에 문제가 발생하고 있지만, 시간이 가면 해결 가능한 수준)

 

리튬은 연간 43만톤 생산만 되며, 중장기적인 공급 부족 이슈가 있습니다. 예를 들어 테슬라 S모델 같은 경우 1대당 60kg의 리튬이 들어갑니다. 테슬라가 100만 대의 전기차를 만들면 6만톤의 리튬이 필요하고, 테슬라의 2030년 판매 목표인 2천만 대를 만들려면 120만 톤이 필요하죠. ㄷㄷㄷ..... 또한 리튬을 추출하는 과정에서 투입되는 화학물질로 환경 오염이 발생되는 폐기물 처리 또한 문제가 되죠... 여튼 리튬 공급을 쉽게 늘리긴 어려워 보입니다..

 

코발트는 14만톤

 

코발트는 비싸고, 희귀하고, 코발트 자원 보유 국가인 콩고가 내전 등으로 불안정한데다, 중국의 영향력이 커서 문제가 됩니다. 전 세계 매장량의 60%가 콩고에 몰려있고 현재 생산되는 코발트는 대부분 콩고산입니다. 또한 중국이 철도, 도로 등 인프라 투자를 해주며 콩고의 코발트 광산을 장악해버렸죠... 그렇게 해서 콩고가 생산하는 코발트의 90%가 중국으로 들어가 배터리의 재료가 되고 있습니다.

 

추후 코발트는 중국이 생산 경로를 장악해버린게 국가 간 자원전쟁을 하는 시대에는 민감한 문제가 될것 같네요.

 

 

 

 

 

 

 

테슬라는 3원계 배터리를 쓸까? 인산철 배터리를 쓸까?

 

 

지금까지 전기차 경쟁은 1회 충전 주행거리 경쟁이었습니다. 100km대를 깔짝 거리고 있을 때, 테슬라고 1회 충전으로 400km의 전기차를 뽑아내면서 앞서갔죠. 따라서 전기차 충전소가 많지 않아 1회 충전 주행거리가 경쟁력의 가장 큰 요소가 되던 시절이라, 전기차 시장은 한국이 만드는 3원계 배터리가 중국 인산철 배터리를 압살할 수 있었죠.

 

그런데 3원계 배터리의 문제는 불이 잘 나는 것이었고, 이를 해결하기 위해 셀을 모듈로 감싼 다음 몇개의 모듈을 다시 모아서 팩을 만들어 안전성을 확보했죠. 쉽게말해서 포장을 많이함...

 

복잡한 방식이다보니 기술력이 필요했고, 중국이 쉽게 따라올 수 없는 경쟁력을 확보했으나, 테슬라가 인산철 배터리를 쓰겠다는 발표를 해버렸죠.

 

이에 따라 엘지화학 등 한국 3원계 배터리 제조사들과 협력사들이 나락을 간거고...테슬라 입장에서는 2천만대 판매 목표를 위해서는 리튬이나 코발트의 공급 수준으로는 힘들겠다고 판단을 한거겠죠..

 

반면에 인산철의 주원료인 철은 연간 21억톤이 생산되고, 인도 넉넉하게 나와서 공급의 문제가 없고, 셀 투 팩 기술이 개발된 것도 주요 원인입니다.

 

3원계 배터리는 안전성 확보 때문에 셀을 모듈로 감싸고, 모듈을 다시 팩으로 감싸는 이중포장을 했는데, 셀 투 팩은 모듈을 없애버리고, 셀을 바로 팩에 포장 해버리니 모듈이 들어가는 공간에 셀을 더 넣을 수가 있게 되었죠.

 

결국 성능 차이를 기능 개선으로 극복하는게 아니라, 더 많은 배터리를 때려 넣어서 1회 주행거리를 3원계 수준으로 맞춰버림...(역시 중국 클라스...)

 

더구나 코나와 미국GM에 들어간 LG솔루션의 3원계 배터리에 화재로 인하여 리콜이 들어간 점도 이슈를 키웠죠.

 

인산철은 불이 잘 안나고, 가격도 싸고, 인산철이 좋아 보이기 시작한거죠.

 

전기차 인산철 배터리, 3원계 배터리

 

 

한국의 3원계 배터리의 반격 시작(뚱뚱한 3원계 배터리)

 

 

인산철 배터리의 특허 만료로 인산철 배터리의 수출 봉인이 해제되면 세계 배터리 시장을 중국이 석권하는게 아니냐는 의문이 나올 즘 크고 뚱뚱한 3원계 배터리가 뜨기 시작합니다.

 

바로 4680원통형 배터리죠. 결국 테슬라의 기술개발을 통하여 4680 전자 이동경로는 8cm만 이동하게 되고, 이로 인하여 배터리 수명이 늘어남, 격벽이나 추가 배터리팩 뚜껑, 완충제 등이 안들어가다 보니, 더 많은 배터리를 집어 넣거나, 더 많은 실내공간을 만들수 있게됨.

 

그리고 전기차 화재에도 어느정도 대비를 함 -> 원통형 배터리의 하방을 얇게 해서, 배터리에 화재가 나면 불길이 시트가 있는 위쪽이 아니라 바닥 쪽으로 나가게 만들어서 대피할 시간을 벌어주게됨.

 

결국 테슬라는 이 배터리를 연간 3000기가 생산발표를 했죠.

 

현재 배터리 생산 1위은 LG엔솔의 1년 생산량이 100기가인데....LG엔솔의 30배 물량이죠.

 

여튼 전기차 배터리 시장을 중국이 차지할지....한국이 차지할지는.... 지켜볼일입니다.

 

 

 

한국 가즈아~!

그럼 이만