[미래유망산업] 배터리 산업의 밸류체인

미래먹거리라고 불리는 유망산업인 이차전지, 배터리 산업의 밸류체인을 알아봅시다!

 

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왜 투자대상 산업의 밸류체인을 알아야 할까?

수익을 극대화하고 리스크를 관리하기 위해서는, 밸류체인(value chain)을 이해하는 것이 필수적입니다.

산업의 주요 플레이어와 경쟁구도를 파악하고,
성장 핵심 포인트를 이해해 수익을 극대화할 방법을 찾고,
위험 요소를 식별 할 수 있기 때문입니다.

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배터리 산업의 밸류체인

배터리 산업의 밸류체인(value chain)은 배터리 생산하기 위해 원자재 채굴하는 것 부터 최종 소비자에게 전달되기까지의 모든 단계를 포함합니다. 밸류체인은 크게 5단계로 나눌 수 있습니다.

 

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1. 원자재 단계 (Raw Materials)
2. 소재 단계 (Materials)
3. 셀 제조 단계 (Cell Manufacturing)
4. 팩 및 시스템 단계 (Pack & System Assembly)
5. 최종 사용 단계 (End Use & Recycling)

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1. 원자재 단계 (Raw Materials)

• 주요 원자재: 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연 등.
• 이들 자원의 채굴과 정제는 배터리 성능과 비용에 큰 영향을 미칩니다.
  • 예: 리튬은 호주, 칠레, 중국 등이 주요 생산국이며, 가공 후 수산화리튬 또는 탄산리튬 형태로 배터리 제조사에 공급됩니다.
• 트렌드:
  • 코발트 의존도를 낮추기 위한 기술 개발 (LFP 배터리, 고니켈 배터리, 코발트 리사이클링 등).
  • 자원 채굴의 ESG 문제와 리사이클링 중요성 증대.

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코발트 의존도를 낮추려는 이유는?

철, 니켈과 같은 천연원소 코발트. 푸른 물감의 원료로도 사용됩니다. (출처: Shutterstock)

1. 가격 변동성과 공급 불안정

• 코발트의 희귀성: 코발트는 전 세계에서 제한된 지역, 특히 콩고 민주공화국(DRC)에서 약 70%가 생산됨. 공급망이 특정 지역에 지나치게 의존하고있어 공급 불안정을 초래함. 수요 증가와 함께 코발트 가격이 급격히 상승할 수 있으며, 이는 전기차와 배터리 제조 비용을 증가시킵니다.

2. 사회적 문제

• 특히 콩고에서는 비공식적인 광산에서 아동 노동과 열악한 작업 환경이 문제가 되고 있다.
• 코발트 채굴 과정에서 발생하는 인권 침해와 노동 착취가 국제적으로 논란이 되고 있다.

3. 환경적 문제

• 환경 파괴: 코발트 채굴 과정에서 발생하는 중금속 오염과 산림 훼손은 지역 생태계에 심각한 영향을 미침.
• 온실가스 배출량 증가: 코발트 정제 과정에서 상당한 온실가스가 배출됨.

4. 기술적 이유

• 고성능 배터리 개발: 니켈 함량이 높은 NCM811(니켈 80%, 코발트 10%, 망간 10%) 등 니켈 비중을 늘린 배터리가 개발되면서 코발트 사용량을 줄이거나 대체할 수 있는 가능성이 생김.
• LFP 배터리: LFP(Lithium Iron Phosphate) 배터리는 코발트를 전혀 사용하지 않으면서도 안정성과 긴 수명을 제공하여 전기차와 ESS 시장에서 인기를 끌고 있다.

5. 경제적 경쟁력

• 비용 절감: 코발트는 배터리 원가에서 큰 비중을 차지함.
  이를 줄이면 전기차와 에너지 저장 시스템의 비용을 줄여 경쟁력을 높일 수 있다.

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2. 소재 단계 (Materials)

• 원자재를 활용하여 활물질(Cathode/Anode Materials), 전해질, 분리막 등 핵심 소재를 제조.
• 핵심 소재:
  • 양극재(리튬, 니켈 등): 에너지 밀도와 안정성을 결정.
  • 음극재(흑연, 실리콘): 충전 속도와 수명에 영향.
  • 전해질: 이온 이동 매개체. 액체/고체 형태로 구분.
  • 분리막: 양극과 음극을 물리적으로 분리, 안전성 확보.

배터리 소재를 쉽게 이해하기 위해, 2차전지 배터리의 작용 과정을 보자면 다음 그림과 같다.

• 방전될 때는 리튬 이온이 음극재에서 양극재로 이동한다.
• 충전될 때는 리튬 이온이 양극재에서 음극재로 이동한다.

2차전지의 작용 도표. (출처: 삼프로TV 류종은 기자의 발표자료)

• 주요 기업:
  • LG화학, SK아이이테크놀로지(SKIET), 일본의 스미토모, 중국의 CATL 등.

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3. 셀 제조 단계 (Cell Manufacturing)

• 배터리 셀(cell)을 조립하는 과정.
• 주요 형태: 원통형, 각형, 파우치형.
  • 원통형: 테슬라가 사용. 열 방출에 유리. 판매량 많음.
  • 파우치형: 에너지 밀도가 높음. 형태 변경 용이.
  • 각형: 외부충격에 강함. 높은 안정성.

배터리 타입별 비교 (출처: 헬라 모빌리티 랩)

• 주요 기업:
  • 한국: LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온.
  • 중국: CATL, BYD.
  • 일본: 파나소닉.

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4. 팩 및 시스템 단계 (Pack & System Assembly)

• 여러 셀을 조립해 모듈로 구성하고, 최종적으로 배터리 팩 제작.
  (셀은 독립적으로 작동할 수 있지만, 전압과 용량의 한계 때문에 다수의 셀을 조합해 더 큰 용량과 출력을 만듭니다.)
  
  
  • 모듈(Module): 일정 수의 셀을 연결해 기본적인 보호 및 관리 시스템을 갖춘 구조.
  • 팩(Pack): 여러 모듈과 함께 전기적 연결, 냉각 시스템, BMS(Battery Management System) 등 보호/제어 장치를 포함.
• 응용 분야:
  • 전기차(EV), ESS(Energy Storage System), 가전제품 등.
• 중요 요소:
  • 냉각 시스템, BMS(Battery Management System) 등 안전 및 효율성 관리.

• 주요 기업:
  • LG 에너지 솔루션, 삼성 SDI: 이전 세계적으로 EV 및 기타 애플리케이션용 배터리 팩 공급.
  • BYD, CATL: 아시아에서 주로 판매, 유럽과 북미로 확장 중.
  • Tesla: 셀 생산과 함께 차량 및 고정식 스토리지 솔루션용 팩을 조립합니다.

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5. 최종 사용 단계 (End-Use & Recycling)

• 최종 사용자는 전기차 제조사, ESS 설치업체 등.
• 사용 후 배터리의 재활용(Recycling)이 점점 중요해짐.
  • 리튬, 니켈 등 원료 회수 기술 발전 중.
• 순환 경제 모델:
  • 자원 재활용으로 비용 절감과 환경 문제 해결.

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배터리 산업 동향 및 전망

1. 전기차 시장 확대:
   • 2030년까지 EV 보급률이 급증하면서 배터리 수요가 폭발적으로 증가할 전망.
2. 국가별 경쟁:
   • 미국 IRA 법안, 유럽의 탄소 규제 강화로 지역별 밸류체인 재편.
3. 기술 혁신:
   • 차세대 배터리(전고체 배터리, 리튬황 배터리 등) 개발 가속화.

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기업별 시장 점유율

 

1. CATL (중국)
2. LG에너지솔루션 (한국)
3. BYD (중국)
4. 파나소닉 (일본)
5. 삼성SDI (한국)
6. SK온 (한국)

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테슬라의 배터리제조사

테슬라 차량에 탑재된 배터리 제조사는 다음과 같습니다. 

 

• 모델3와 모델Y: LG에너지솔루션, 일본 파나소닉, 중국 CATL
• 모델3(5YJ)와 모델Y(7SA): 파나소닉 배터리
• 모델3·Y 스탠다드 트림: CATL 배터리
• 모델X와 모델S(최신모델): 파나소닉 제품만 사용

파나소닉은 도쿄증권거래소에 상장되어 있습니다.