차세대 음극재 개발과 관련 기업들

오늘은 배터리 음극재에 관한 이야기를 해 보려고 합니다.

배터리의 양극재 개발이 한계에 도달햇다는 말들이 속속 나오면서,이제는 음극재 개발을 통해 충전용량과 충전시간을 줄이려는 노력들이  여러 기업들을 여기에 뛰어들게 하고 있는데,오늘은 이러한 음극재 시장에서 차세대 음극재는 무엇이고,관련된 기업들은 어떤 기업들이 있는지 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

 

 

음극재에 관심를 두는 이유

 

요즘 자본시장은 배터리가 좌우하고 있다고 해도 과언이 아니죠, 2022년 LG에너지솔루션의 코스피 상장은 단군 이래 최대라는 수식어가 붙었고요, LG엔솔의 상장과 미국의 IRA법안이 통과되면서 배터리 시장은 날개를 달았죠.

 

올해 상반기는 에코프로가 시장을 주도 하기도 했죠, 배터리를 제조하려면 크게 4가지 소재가 필요합니다.

여러분도 잘 아시다시피 양극재,음극재 , 분리막 , 전해액인데요, 상반기 자본시장을 끌어올렷던 종목은 주로 양극재 기업들에게 포커스가 맞춰졌죠, 하반기에 접어든 현재 양극재 기업들을 향한 관심은 어느 정도 소강된 거 같음니다.

 

 분리막과 전해액은 일본 및 중국 기업들과의 경쟁에서 우위를 차지할 수 있을지 의심하는 시선도 많았죠.

우리나라 배터리는 중국이나 일본 기업에 비해 에너지 밀도를 높인 고성능,고용량에 경쟁력을 나타내고 있죠,

 에너지 밀도를 높일 수 있는 소재는 양극재와 음극재인데, 양극재 성능 개선에는 화학적 한계에 임박했다는 평가도 나오고있는 상황이고 이미 국내 4사가 시장에서 강력한 영향력을 행사하기 때문에 타 업체들이 끼어들 틈이 없다는 평가도 나옵니다.

 

그렇다면 남은 건 음극재가 되겠죠.

양극재나 다른 소재 경쟁에서 밀려 난 기업들이 서둘러 고성능 음극재 개발에 뛰어들고 있고 투자자들도 차세대 배터리 소재중 음극재를 유망한 분야로 지켜보고 있습니다.

 

배터리는 전기차를 등에 업고 큽니다.

배터리 제조업체들의 밸류가 급등한 이유도 전기차의 성장성 때문이죠, 자동차 시장은 땅이 넓고 이동 수요가 많은 중국과 유럽,북미의 규모가 상당합니다.

 

이중 중국과 유럽은 보조금을 서서히 줄이고 있고, 중국과의 경쟁도 심한 지역입니다.남은건 북미 시장인데 ,북미는 중국과 유럽에 비해서 아직 전기차 보급률이 높지 않은 편입니다.

주요 외신들에 의하면 미국은 IRA법안이 통과된지 1년이 지났는데도 국민들 대부분은 보조금 정책에 대해 잘 알지 못한다고 합니다.

그럼에도 불구하고 미국 정부의 강력한 드라이브로 향후 최대 10년간 미국 지역의 성장성이 가장 가파를 것으로 예상이 되고 있습니다.

 

미국 자동차 시장의 중요한 특징 중 하나는 대형차 비중이 높다는 건데요, 유럽의 경우 전체 자동차 판매량 중 승용차로 분류되는 "패신저 카"비중이 85%에 육박하는 반면 ,미국의 경우 일반 승용차로 분류된느 Car 비중이 20~30%에 불과하고 SUV및 중대형 트럭 비중이 70%가 넘는다고 합니다.

 

이렇 보니 미국 시장의 니즈는 고용량 및 고속 충전에 초점이 맟춰져 있습니다. 그 예로 최근 선풍적인 인기를 끌고 있는 포드의 F-150 라이트닝이 대표적입니다.

 

 

 

대형 전기차의 장거리 주행을 가능하게 하려면 고용량 배터리가 필요하고 배터리 용량이 커질수록 충전 속도 단축에 대한 니즈도 자연스럽게 확대되고 있다는 거죠

 

1회 주유 시 내연기관차 평균 주랭거리가 670km인 상황에서 여전히 이에 크게 미치지 못하는 전기차 평균 주행거리를 늘리려면 배터리 에너지 밀도 증대가 지속적으로 이뤄져야 합니다. 충전 속도 향상도 마찬가지고요.

4원계 양극재 성능은 이미 국내 4사가 최고 수준에 도달했다고 평가되고 있습니다. 실직적으로 배터리 성능을 지금 보다 더 높이기 위해서는 차세대 음극재 개발이 필요한 시점이라는 뜻입니다.

 

 

실리콘과 CNT도전재로 해법을 찾다

 

차세대 음극 소재로 가장 주목받고 있는 것은 실리콘 입니다.

 

실리콘은 원자 4개당 리튬이온 15개를 저장할 수 있는데요, 기존 흑연이 탄소원자 6개당 리튬이온 1개를 저장하는 것을 생각해보면, 흑연보다 실리콘이 훨씬 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있는 셈이죠

 

실리콘은 매장량도 풍부해서 경제적인 소재이기도 하고요, 다만 실리콘으로는 음극재를 만들 수 없다는 문제가 있는데요

실리콘 음극재는 배터리 충전 시 부피가 4배 정도 팽창하구요 팽창한 음극이 방전할 때 원상태로 복귀가 안 되거든요, 음극재가 팽창하면 내부에 균열이 발생하고 화재나 폭발로 이어질 수 있습니다.

 

 

현재는 흑연 베이스에 실리콘 파우더의 비중을 높이는 쪽으로 도입이 되고 있습니다.

파우더 형태의 실리콘 소재도 팽창 문제를 완전히 해결할 수는 없는데 업계에서는 실리콘 덩어리를 탄소나노튜브(CNT)등으로 감싸서 팽창 문제를 잡기 위해 애쓰고 있습니다.

탄소 막으로 실리콘 입자를 감싸주면 내부 실리콘이 일부 손상이 생기더라도 탄소막이 형태를 보존해줘서 균열 문제를 보완해줄 수 있거든요, 실리콘 음극 소재를 실제로 상용화해서 매출이 발생하는 기업은 대주전자재료입니다.

 

대주전자재료의 실리콘 음극 소재는 LG엔솔을 거쳐서 포르셰 타이칸에도 도입된 것으로 알려져있고요,CNT 도전재로 실질적인 매출을 내는 기업은 LG화학과 제이오 등이 언급되고 있습니다.

 

 

후발 주자들의 도전도 뜨거운데요, SKC도 실리콘 음극재 사업의 기업가치를 2032년까지 최대 20조원까지 키우겠다고 선언을 했고, SK머티리얼즈는 미국 실리콘 음극재 회사와 함께 SK머티리얼즈그룹 포틴이라는 합작사를 세우고 경북 상주시에 올해 하반기 양산을 목표로 공장을 건설하고 있습니다.

SK그룹 차원에서 분리막과 동박, 음극재를 확보한다면 배터리 밸류체인에서 확실히 안정적인 공급망을 갗출 수 있게 되겠죠

 

사실 국내 음극재하면 포스코퓨처엠을 빼놓고 애기할 수는 없겠죠, 국내에서 유일하게 배터리 음국재용 인조 흑연을 생산 하고 있고요,생산 능력도 꾸준히 늘리는 추세입니다.

여기에 포스코퓨처엠은 차세대 음극제 도입을 위해 실리콘탄소 복합체,실리콘산화물등 실리콘계 음극재 연구개발에도 집중을 하고 있는데요, 현재 차지 하고 있는 음극재 시장 지위를 쉽게 내주지는 않겠다는 의도로 여겨지고 있습니다.

 

극강의 음극재,리튬메탈 

 

실리콘 음극재를 넘어서 최근 주목받고 있는 소재는 리튬 메탈 음극재입니다.

 

동박에 리튬 금속을 도금하는 형태로 만드는데요 에너지밀도가 기존 흑연계 음극제에 비해 10배나 높은 고용량 소재입니다.현재 쓰는 리튬이온 배터리는 물론이고 차세대 배터리로 여겨지는 전고체 배터리에도 적용이 가능해서 시장의 주목을 받고 있습니다

 

 

동박에 리튬 금속을 도금하는 제조법을 보면 알 수 있듯이요,국내 동박 제조업체들이 특히 리튬메탈 음극재에 눈독을 들이고 있는 상황입니다.

 

SKC는 포스코그룹과 업무협약을 맺고 소재 개발과 공정기술 개발에 나서고 있고, 특히 롯데케미칼의 움직임이 주목을 받고 있는데요 지난해 2.7조원이라는 거금을 들여 일진머티리얼즈를 인수하고 동박 사업에 진출했습니다.

경쟁사 대비 늦게 배터리 사업에 뛰어들었기 때문에 리튬메탈 음극재 사업에 무게를 둘 가능성이 제기가 되고 있고,기존 석유화학 사업 불황이 장기화되고 있어 턴어라운드가 쉽지 않은 상황인데 배터리 후발주자 꼬리표를 떼기 위해서라도 사활을 걸 것이라는 해석입니다.

 

이처럼 차세대 음극재의 경우 아직은 확실한 리딩기업이 없다는 판단에 많은 기업들이 뛰어들고 있는데 이 중에 어떤 기업이 두각을 나타내고 왕좌에 오를지 투자자 입장에서 관심있게 보는 것이 좋을듯 합니다.

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