국가별 차세대 배터리 개발 동향
앞서있는 일본의 기술력
일본은 1990년대 니켈수소배터리, 니켈카드뮴배터리, 리튬이온배터리 상용화에 성공한 만큼 다양한 배터리를 판매하고 있다.
2017년 일본의 총 배터리 생산은 약 41억개다.
2017년 일본의 1차전지 생산량은 약 24억개로 전체 비중의 57%를 차지했고 2차전지 생산 비중은 43%를 기록했다.
하지만 생산량이 아닌 판매금액으로 비교해봤을 때 1차전지와 2차전지의 금액차이는 상당히 크다.
2017년 배터리 생산액수는 8,141억엔이었으며 1차전지는 전체 액수 중 8% 수준인 6.5억엔 밖에 되지 않았다.
반면 2차전지는 전체 금액 중 92%로 약 7,489억엔 이었다.
그 중 리튬이온배터리의 규모는 51%로 2차전지 점유율의 절반 이상을 차지했다.
한국정부의 차세대 배터리 개발 방향
2016년 한국정부는 이차전지, 전기차, 소재와 관련된 기업들과 함께 ‘전기차-이차전지 융합 단체’를 구성했다.
산자부와 민간기업이 2020년까지 총 430억원을 투자할 계획이며 전지의 에너지 밀도를 140Wh/kg에서 300Wh/kg 이상 향상시킬 수 있는 핵심 기술을 개발하려고 한다.
이번 프로젝트는 4대 소재 기술 개발이 핵심이다.
양극의 경우 기존 50~60% 니켈 함량을 80% 이상으로 높이는 등 고전압용 양극재를 개발해 에너지양을 증가하려 한다.
음극의 경우 실리콘-탄소소재의 복합 음극활 물질을 개발하려고 하며 전해질은 고전압에서도 사용될 수 있는 안정된 첨가재를 연구할 계획이다.
분리막은 다층 구조의 분리막 코팅기술을 개발하는 방향이다.
2018년 11월 국내 배터리 업체인 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션은 차세대 전지기술 개발을 위해 공동 연구개발에 나섰다.
산업통상자원부는 배터리 셀업체와 함께 전고체 전지, 리튬황전지, 리튬금속전지 기술 개발을 지원할 방침이다.
아직 MOU단계라 구체적인 계획이 발표되지는 않았지만 차세대 기술 협력과 투자리스크를 줄일수 있다는 점은 고무적이다.
정부는 이번 배터리 3사의 공동 개발을 위해 내년 1분기까지 1,000억원 규모의 펀드를 출연시켜 2차전지 산업의 생태계 조성을 마련할 것으로 예상된다.
펀드의 주요 사용처는 유망 중소업체 및 벤처기업 투자에 사용할 것으로 예상된다.
부담스러운 중국 제조업 2025
중국은 ‘중국 제조업 2025’을 통해 배터리 기술을 강화시키려 한다.
총 2개의 계획안이 있다.
첫번째는 2020년까지 중국 내 배터리 시장을 활성화 시켜 중국 브랜드 배터리 제품을 100만대 이상 팔 계획이다.
두번째는 배터리 원가를 Wh당 0.8위엔으로 낮추고 배터리와 관련 부품을 중국화시키는 전략이다.
중국은 원자재 확보를 위한 투자도 진행중이다.
중국 정부는 리튬이온 배터리의 주요 원료인 코발트와 리튬을 확보하기 위해 기업인수에 나섰다.
차이나몰디브뎀은 세계 2위 코발트 광산에 투자해 연간 16,000톤 규모의 코발트를 확보하였다.
중국업체 티앤치는 세계 리튬광산업체인 호주 탈리슨의 경영권을 확보하기 위해 중국 정부와 협력해 컨소시엄을 추진중이다.
또한 중국은 차세대 배터리인 바나듐 배터리 산업에도 투자하고 있다.
바나듐은 철강의 강도를 높여주는 희소 금속으로 자동차 부품, 제트엔진, 가스터빈과 같은 강철에 들어간다.
블룸버그는 바나듐의 주요 수요처가 철강산업에서 배터리 산업으로 바뀔 것으로 예상하는 만큼 차세대 배터리중 하나로 손꼽히고 있다.
2008년부터 중국과학원과 대련화학 물리연구소 등이 ‘롱커’파워란 회사를 설립해 바나듐 배터리 연구가 진행중이다.
바나듐 배터리는 리튬이온 배터리보다 수명이 길고 폭발 위험이 낮지만 부피가 크기 때문에 면적당 에너지 효율이 낮다.
따라서 소형IT, 전기차가 아닌 풍력, 태양광 등 신재생 에너지의 백업 배터리로 바나듐 배터리를 사용할 계획이다.
자동차 메이커의 배터리 개발 동향
주요 자동차 업체들의 전고체전지 개발 계획
글로벌 대표 자동차 업체들은 전지개발 업체들과 협력 관계를 통해서 전고체 배터리가 장착된 자동차를 선보일 계획이다.
가장 빠르게 선보일 업체는 도요타로 예상된다.
도요타는 원천 특허와 적극적인 투자로 2020년에 전고체배터리를 발표할 계획이다.
현대차의 경우 남양 R&D 센터 기반의 자체 생산과 미국의 신생 스타트업 투자를 통해 전고체전지를 개발중이다.
BMW는 전기차에 적용될 수 있는 배터리를 개발하기 위해 밴처기업 투자와 R&D센터를 설립할 계획이다.
폭스바겐의 경우 2025년 전고체전지 양산 라인 계획을 밝혔으며 대학과의 협력연구가 활발히 진행중이다.
Fisker는 본사의 파일럿 라인 설립 결정을 했으며 2020년 이후에 생산할 수 있도록 준비할 계획이다.
이외에도 LG화학, 삼성SDI, Dyson, BOSCH 등 배터리 업체 혹은 IT 업체들이 전고체 배터리를 준비하고 있고 미국의 스타트업체와 협력관계를 추진하는 중이다.
도요타의 전고체전지 개발 방향
도요타는 전고체 배터리를 게임체인저로 보고 있는 만큼 가장 적극적으로 투자하고 있다.
투자금액은 약 1조 5,000억엔이며 마쯔다 자동차, 덴소와 함께 전기차 개발회사도 공동 설립했다.
2012~2014년에 출원한 차세대 전지 관련 특허의 68%가 전고체 배터리 분야인 만큼 경쟁사 대비 특허수와 기술력이 가장 앞서있다.
다수의 특허 출연와 전고체 관련 업체와의 협력에 힘입어 도요타는 2020년 전고체 배터리를 발표할 것으로 예상된다.
도요타의 전고체 배터리는 황화물 기반이며 실제 양산 테스트가 진행중인 것으로 알려져 있다.
또한 도요타는 전고체 배터리를 적용할 구체적인 시기도 결정하였다.
지난해 8월 미국 투자 발표 현장에서 2021년 미국에서 생산될 전기차엔 전고체 배터리가 장착될 것이라고 밝혔다.
올해 2월에는 미국 특허청에 전고체 배터리 모듈 생산 관련 특허도 등록했다.
하지만 발표할때마다 전고체 양산에 대한 계획 년도가 늦어지고 있고 구체적인 장비도입에 대한 소식이 없기 때문에 전고체 배터리가 장착된 자동차 양산 시기는 늦어질 것으로 예상된다.
현대차 전고체전지 개발 방향
현대차의 경우 남양연구소의 배터리 선행 개발팀을 중심으로 리튬이온 전지를 대체 할 전고체전지를 개발하고 있다.
또한 해외 유망 스타트업에 투자나 지분인수를 통해 글로벌 파트너 확보를 하고 있다.
전고체 배터리와 관련된 회사는 아이오닉 머티리얼즈와 솔리드 파워가 있다.
2018년 3월 미국의 아이오닉 머티리얼즈에 약 500만 달러를 투자했으며, 5월에는 이탈리아 연료전지 개발업체 솔리드 파워에 300만달러를 투자했다.
솔리드 파워의 경우 삼성전자 자회사 삼성벤처투자도 투자를 했기 때문에 향후 삼성전자와의 기술 개발도 기대된다.
유럽 OEM 전고체전지 개발 방향
유럽의 자동차 OEM 업체중 가장 적극적으로 차세대 배터리를 개발하는 업체는 BMW다.
BMW는 R&D센터를 240억 달러 규모로 Munich에 설립할 계획이며 배터리 디자인, 패키징, 테스트, 어셈블리 등을 연구할 예정이다.
EV에 필요한 성능 수준을 달성하기 위해 미국 솔리드 파워에 투자를 했으며 2026년 고체 배터리 생산 목표로 준비하고 있다.
자동차 업계 1위인 폭스바겐 그룹의 경우 전기차 라인업 수를 늘릴뿐만 아니라 고체 배터리 개발에도 주안점을 두고 있다.
특히 QuantumScape사에 1억달러 투자를 통해 2025년 전고체전지 양산 라인을 구축할 계획을 밝혔다.
QuantumScape는 미국 스탠포드 대학에서 2010년 설립된 신생 기업으로 200여개의 전고체전지 특허를 보유하고 있다.
Fisker는 본사에 전고체 파일럿 라인을 설립하기로 결정했다.
이미 Fisker는 2018년 CES에서 전고체 배터리를 선보였다.
당시 공개한 배터리는 리튬이온 전지 에너지 밀도의 약 2.5배 달하는 제품이었다.
비록 Fisker가 공개한 배터리는 소형이었지만 플렉서블 배터리 특허와 Sakti3 배터리 연구원들이 있기 때문에 향후 중대형 배터리 생산
이 가능할 것으로 예상된다.
Fisker의 전고체 배터리 생산은 2020년을 목표로 준비하고 있다.
배터리/소재 업체들의 차세대 배터리 개발 동향
일본 IT 업체들 차세대 배터리 개발 동향
일본의 IT 업체들도 주요 자동차 OEM업체처럼 전고체전지를 적극적으로 개발하고 있다.
무라타의 경우 작년 소니의 배터리 사업을 500억엔 인수하면서 배터리 사업에 진출했다.
무라타 CEO는 2021년 배터리 사업 매출액이 약 2,000억엔을 기록할 것으로 전망했으며, 2019년부터 전고체 배터리를 생산할 계획이다.
TDK는 2017년 11월 당사가 개발한 CeraCharge 기술을 이용한 전고체 배터리를 선보였다.
전고체 배터리는 최대 1,000회 충전/방전이 가능하며 4.5x3.2x1.1mm 사이즈, 1.4V 전압, 100µAh의 용량을 갖고 있다.
CeraCharge 기술은 액체 전해질 대신 세라믹 고체 전해질을 도입했으며 MLCC와 같은 적층기술을 기반으로 전고체전지를 생산한다.
Hitachi Zosen은 항공 우주 및 자동차 OEM에게 전고체 배터리 샘플을 제공중이다.
이 밖에 NGK, OHARA 등이 전고체 배터리 생산 계획을 밝혔다.
유럽의 차세대 배터리 개발 동향
중국 차세대 배터리 개발 동향
큰 그림을 준비하는 미국의 벤처기업
2차전지 연금술사 (1) - 전지의 개발 과정 (IBK투자증권) : https://investory123.tistory.com/157
2차전지 연금술사 (2) - 전지 세대의 진화 (양극재, 음극재) (IBK투자증권) : https://investory123.tistory.com/158
2차전지 연금술사 (3) - 차세대 배터리 : 전고체전지, 리튬에어 등 (IBK투자증권) : https://investory123.tistory.com/159
2차전지 연금술사 (4) - 차세대 배터리 개발 동향 (IBK투자증권) : https://investory123.tistory.com/160
2차전지 연금술사 (5) - 2019년 2차전지 시장 전망 및 투자전략 (IBK투자증권) : https://investory123.tistory.com/161
리포트 원문 link : http://hkconsensus.hankyung.com/apps.analysis/analysis.downpdf?report_idx=504176
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