249. 전기차 시장에서 중국 CATL 주도권 더 강해진다
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글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)|
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승인 2023-04-07 14:01:30 |
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“2010년대까지만 해도 미국이 자동차 시장의 중심이었다. 하지만 지금은 중국 시장의 변화에 따라 업계의 판도가 달라지고 있다. 전동화와 자율주행차도 지금은 중국 업체를 중심으로 세력이 구축되고 있다. 특히 전기차의 핵심 부품인 2차 전지 시장이 수년 사이 천지개벽을 했다. 파나소닉과 LG화학, 삼성 SDI가 주도했던 배터리 시장 판도가 뒤집혔다. 짧은 역사의 중국 CATL이 이들을 제치고 세계 최대의 배터리 생산업체로 부상했다.” 2019년 7월, 배터리 전쟁, CATL의 무한 질주라는 칼럼의 서두에 썼던 말이다. 그리고 다시 3년여 사이 이제는 전 세계 모든 자동차회사가 CATL이 없이는 전기차를 생산할 수 없는 지경에 이르렀다. 미국이 기술 전쟁으로 중국을 압박하고 있지만 기술은 시장을 이기지 못한다는 말이 진리라는 것을 다시 한번 확인해 주는 내용이다. 중국 CATL의 현재를 짚어 본다.
글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)
SNE리서치에 따르면 전 세계 배터리 전기차용 배터리 사용량은 2019년의 118GWh, 2020년 142.8GWh, 2021년 296.8GWh, 2022년 517.9GWh로 폭발적으로 증가했다. 2023년 배터리 사용량은 약 749GWh 수준으로 전망했다. 같은 기간 전기차 판매대수는 각각 177만 5,828대, 222만 356대, 477만 8,317대, 802만 555대였다.
2022년 실적 기준 업체별로 점유율이 높은 것은 중국 CATL이 270GWh로 39.1%, 다음으로 LG에너지솔루션이 103GWh로 13.6%, BYD 84GWh로 13.6%, 파나소닉 49GWh로 7.3%, SK온 44GWh로 5.4%, 삼성 SDI 36GWh로 4.7%, CALB 3.9%, 구오슈안 2.7%, 선우다 1.8%, 패러시스 1.4% 등이었다. 국가별로는 중국업체가 60.4%, 한국이 23.7, 일본이 7.3%, 기아 8.6% 등이었다.
눈길을 끄는 것은 CATL과 BYD를 비롯한 중국 업체들은 폭발적인 성장세다. CATL은 테슬라, BYD는 자사 모델의 폭발적인 성장, 패러시스는 메르세데스 벤츠의 EQ 시리즈의 판매 호조로 2022년 폭발적인 성장을 하였으며 2023년에도 꾸준한 성장세를 나타낼 것으로 전망된다.
기술은 시장을 이기지 못한다
지금은 많은 사람이 중국 CATL이 세계 최대의 배터리업체로 여기고 있지만 역사는 짧다. 1999년 설립된 CATL은 2010년까지 별로 알려지지 않은 소규모 모바일 폰 배터리업체였다. 하지만 2011년 배터리 전기차를 위한 리튬이온 배터리를 생산하면서 상황은 변했다. 2016년 연간 배터리 수출량이 6.8GWh에 달하면서 CATL은 BYD와 일본의 파나소닉에 이어 세계에서 세 번째로 큰 전기차용 배터리 공급업체로 부상했다. 짧은 기간에 이처럼 급성장한 것은 중국 정부의 정책 덕이다.
중국에서는 2010년부터 신에너지 차 보조금을 받기 위해서는 중국 정부로부터 인증받은 업체로부터 구입한 배터리를 사용해야 했다. 그 기간 인증을 받은 업체 중 해외업체는 없었다.
CATL은 운 좋게도 2015년 BMW의 조인트 벤처인 브릴리언스 차이나에서 생산되는 X1의 BEV 버전에 배터리를 공급할 수 있게 됐다. 생산 대수도 많지 않고 판매량도 적어 그 자체로는 큰 부가 없었다. 그보다는 BMW에 배터리를 공급한다는 사실을 활용해 기술 개발에 힘을 쏟았다.
여기에 중국 정부가 2016년 초 그때까지 중국 내 메이저 배터리 공급업체였던 LG화학과 삼성SDI를 공급업체 리스트에서 제외했다. 중국 정부는 구체적인 이유를 설명하지는 않았지만, 사드 문제로 인한 정치적인 배경이 있다는 것이 통설이다.
그래서 중국 내에서 자동차를 생산하고 있는 현대자동차와 PSA를 포함한 여러 글로벌 플레이어가 CATL로부터 EV 배터리를 공급받기 시작했다. 이에 따라 CATL은 급성장할 발판을 마련했고 중국 장수의 리앙에 있는 배터리 공장 건설에 10조 위안을 투자했다. 그 결과 2017년 CATL은 파나소닉과 LG화학을 제치고 세계 최대 배터리 업체로 부상했다.
CATL은 2018년부터는 SAIC에 우선 공급하는 등 규모를 더 키웠고 7.5GWh이었던 생산량이 2019년에는 21.31GWh로 급증했다.
CATL은 지금 글로벌라이제이션 속도전 진행 중
그때까지 CATL이 배터리를 공급하고 있는 업체는 폭스바겐과 BMW, 다임러, 볼보, PSA그룹, 르노 등 유럽업체를 비롯해 중국의 상하이자동차그룹, 베이징자동차그룹, 지리자동차, 둥펑자동차, 광조우자동차, 니오, 바이톤, 그리고 일본의 토요타, 닛산, 혼다 등이었다. 2020년 초에는 혼다가 CATL에 600억 위안을 투자했고 메르세데스 벤츠가 배터리 기술협력 확대를 발표했으며 니오와 배터리 스왑 촉진을 위한 합작사를 설립했다. 2021년에는 테슬라와 4년 동안 배터리 공급 계약을 체결했으며 2022년에는 리튬 인산철 배터리를 납품하기 시작했다. 지금은 전 세계 거의 모든 완성차업체가 CATL의 배터리에 의존하고 있다.
이런 시장 상황에 따라 CATL은 해외 투자에 나서기 시작했다. 2019년 유럽의 생산 및 연구센터 확장을 위해 18억 유로를 투자했다. 리튬 이온 배터리 생산 및 제품 연구, 개발 및 테스트를 위한 것이다. 독일 튀링겐에 위치한 이 프로젝트는 2018년 2억 4천만 유로의 투자로 시작됐으며 60개월 이상 걸렸다. CATL의 첫 번째 해외 생산 시설은 이 공장은 2021년에 준공해 8GWh로 시작했으며 2022년에는 14GW의 용량을 확보했고 장기적으로는 24G WH로 늘릴 계획이다.
2021년에는 현대자동차에 배터리를 공급하기 위해 한국에 생산기지를 마련하고 있다는 소식도 있었다. 이는 일본, 독일, 미국, 프랑스에 이어 CATL의 다섯 번째 해외 시설로 삼원계 배터리와 리튬인산철 배터리를 공급하기 위한 것이었다.
그리고 미국의 IRA가 발표되기 전인 2022년 초에는 연간 80GWh 용량의 미국 공장 건설 계획을 발표하기도 했었다. 결국 이는 무산됐고 대신 포드와 테슬라와 공동으로 CATL의 기술을 이용해 미국에 배터리 생산 공장을 건설하는 쪽으로 바뀌었다. 당초 CATL은 포드와 테슬라에 배터리 셀을 공급하기 위해 멕시코에 최소 두 개 이상의 공장 건설도 검토했었다.
같은 해 4월에는 PT 아네카탐방(ANTAM) 및 PT 배터리 인도네시아 공사(IBI) 등 인도네시아 국영기업과 59억 7,000만 달러 규모의 배터리 관련 프로젝트를 체결했다. 세 회사는 계약에 따라 니켈 채굴 및 처리, 배터리 재료, 배터리 제조 및 배터리 재활용 분야에서 파트너가 됐다.
8월에는 헝가리 데브레첸에 또 다른 셀 공장을 건설한다고 발표했다. 독일 에르푸르트에 이어 유럽에서 두 번째 공장으로 독일과 헝가리의 메르세데스 벤츠 등에 배터리셀을 공급하기 위한 것이다. 73억 4,000만 유로가 투자되며 메르세데스 벤츠, BMW, 스텔란티스, 폭스바겐 등과 가깝기 때문에 유럽 시장의 배터리 수요에 더 잘 대처할 수 있다는 점을 고려한 것이다. 또한 배터리 제조에서 탄소 발자국을 줄이기 위한 노력의 하나로 CATL은 재생 에너지의 전기를 사용할 것이며 파트너와 함께 태양광 발전을 개발하는 것을 고려하고 있다.
이와 관련해 메르세데스 벤츠도 헝가리 데브레첸의 새로운 CATL 공장이 독일과 헝가리의 유럽 생산 공장에 배터리 셀을 공급할 것이라고 발표했다. 메르세데스 벤츠는 이미 EQS 및 EQE등에 중국에서 수입되는 CATL의 배터리 셀을 사용하고 있다.
전 세계 시장 점유율 40%가 목표
중국 내 설비도 늘리고 있다. 2020년에는 중국 내에 세 개의 배터리 공장을 건설하기 위해 390억 위안(59억 달러)을 투자한다고 발표했다. 170억 위안을 투자하여 푸젠성 닝더의 푸딩에 리튬 이온 배터리 기지를 건설하고 또 다른 120억 위안은 장쑤성 리양에 장치를 설치하는 데 사용되고 나머지 100 억 위안은 쓰촨성 이번에 있는 기존 파워 배터리 장치를 확장하는 데 사용된다. 이에 따라 CATL의 2020년 투자는 730억 위안에 달하게 됐다.
테슬라 공장이 있는 상하이에도 새롭게 전기차용 배터리 생산 공장을 건설하고 있다. 새로운 공장에서는 연간 80GWh 배터리셀을 생산하는 것이 가능하게 될 전망이다.
2021년 8월에는 생산 확대 및 연구를 위해 582억 위안(약 89억 9,000만 달러) 의 민간 투자를 통해 자금을 조달했다. 선전 증권 거래소를 통해 투자자에게 2억 3,290만 780주(주식 발행 전 총 주식의 10%) 이하의 신주를 발행한 것이다. 이 대부분은 5개의 리튬 이온 배터리 생산 시설에 투자한다.
9월에는 향후 몇 년 안에 글로벌 배터리 출하량이 TWh 시대에 진입할 것으로 예상하고 100억 위안 이상의 투자로 중국 허난성 중부에 배터리 생산 기지를 건설 할 계획이라고 발표했다. 총 프로젝트 투자는 최대 140억 위안(19억 달러)이다.
12월에는 푸젠성 닝데 인근 푸딩의 최대 규모 리튬이온 배터리 공장의 기공식을 거행했다. 완공 시 연간 120GWh의 용량을 생산하게 되며 첫 번째 단계에서는 연간 60GWh의 용량을 생산하게 된다. 총 70억 위안(약 11억 달러)의 투자로 이루어진다.
이 공장은 CATL의 가장 큰 단일 프로젝트로 이 배터리 공장만으로도 2021년 첫 11개월 동안 중국의 모든 배터리 셀 제조업체의 총설치 용량 128.3GWh 과거의 동일한 계획된 용량이었다.
슈퍼배터리, 나트륨 이온 배터리
CATL은 기술 개발에도 공을 들이고 있다. 2020년에는 새로운 슈퍼 배터리의 양산이 가능하며 그를 바탕으로 전기차 시장의 게임 체인저가 될 것이라고 밝혔다. CATL은 수명 16년에 200만km의 항속거리를 가진 슈퍼 배터리를 개발했다고 밝힌 바 있다. CATL의 슈퍼 배터리는 이미 대량 생산이 가능하며 비용도 현재의 배터리보다 10% 낮을 것이라고 했다.
배터리 셀을 차량의 섀시에 통합하는 CTC (CELL TO CHASSIS) 기술을 2030년 이전에 상용화한다는 계획도 진행 중이다. CTC 기술을 통해 배터리와 차량 시스템 간의 통합이 이뤄지면 공간 활용과 차량의 동력 활용도 향상된다. 또한, 부품 수를 줄여 원가 절감에도 기여한다.
니켈과 코발트를 포함하지 않는 새로운 유형의 배터리를 개발하고 있는 것도 시선을 끄는 내용이다. 니켈과 코발트는 배터리의 핵심 성분으로 많은 배터리 업체가 고가의 코발트 사용을 줄이고 있다.
2021년 7월에는 세계 최초의 나트륨 이온 배터리 중 하나를 발표했다. 최초의 나트륨 이온 배터리는 현재 세계 최고 수준인 160Wh/kg의 에너지 밀도를 갖추고 있다고 밝혔다. 실온에서 15분 만에 80%까지 충전할 수 있으며 -20°C 미만의 온도 환경에서 방전 유지율이 90% 이상이라고 덧붙였다.
나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리와 작동 원리가 유사하다. 음극과 양극 사이를 왕복하지만 나트륨 이온은 리튬 이온에 비해 부피가 크고 구조적 안정성과 재료의 운동 특성에 대한 요구 사항이 더 높다. 이것이 그동안 나트륨 이온 배터리의 산업화에 걸림돌이었다.
CATL은 수년 동안 나트륨 이온 배터리 전극 재료의 연구 및 개발에 전념해 왔다. 캐소드 재료의 경우 CATL은 더 높은 비 용량의 프러시안 화이트 재료를 적용하고 전자를 재배열하여 재료의 벌크 구조를 재설계해 재료 사이클링 시 급속한 용량 페이딩의 세계적인 문제를 해결했다. 음극재 측면에서 CATL은 나트륨 이온의 풍부한 저장과 빠른 이동이 가능한 독특한 다공성 구조와 뛰어난 사이클 성능을 특징으로 하는 경질 탄소 소재를 개발했다고 한다.
화학 시스템의 일련의 혁신을 기반으로 CATL의 1세대 나트륨 이온 배터리는 고에너지 밀도, 급속 충전 기능, 우수한 열 안정성, 우수한 저온 성능 및 높은 집적 효율 등이 특징이라고 밝혔다.
CATL은 비전을 달성하기 위해 세 가지 전략적 개발 방향에서 끊임없는 노력을 기울이고 있다. 첫 번째 개발 방향은 고정 화석 에너지를 재생 에너지 생성 및 에너지 저장으로 대체하는 것이다. 두 번째는 전기차 배터리를 사용해 화석 에너지를 대체하여 E-모빌리티 개발을 가속하는 것이다. 세 번째는 다양한 분야에서 새로운 에너지 응용 프로그램을 향한 추진을 가속하기 위해 전동화와 인텔리전스를 활용하는 시장 응용 프로그램의 통합 혁신을 촉진하는 것이다. 이 세 가지 개발 방향에서 지속 가능한 개발을 지원하기 위해 CATL은 4개 기둥 혁신 시스템을 구축했다고 한다. 차세대 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도 개발 목표는 200Wh/kg로 설정하고 있다.
배터리 시스템 혁신 측면에서 CATL은 나트륨 이온 배터리와 리튬 이온 배터리를 일정 비율로 혼합하여 하나의 배터리 시스템으로 통합하는 AB 배터리 시스템 솔루션을 개발했다. 이는 BMS 정밀 알고리즘을 통해 다양한 배터리 시스템을 제어하는 것이다. AB 배터리 시스템 솔루션은 현재 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도 부족을 보완할 수 있으며, 또한 높은 전력 및 저온 성능의 장점을 확장할 수 있다고 한다. 이 혁신적인 구조 시스템 덕분에 리튬-나트륨 배터리 시스템의 적용 시나리오가 확장될 것이라고 한다. CATL은 나트륨 이온 배터리의 산업 배치를 시작했으며 2023년까지 기본 산업 체인을 형성할 계획이다.
남은 유일한 주요 문제는 생산 능력을 늘리는 것이며 나트륨 이온 배터리의 원료 공급 시스템 구축을 준비하고 있다.
셀 투 팩 키린 배터리 실차 적용 개시
2022년 3월에는 셀 투 팩 배터리 기술의 3세대를 발표했다. 내부적으로 '키린 배터리'라고 부르는 셀 투 팩 기술은 동일한 셀 화학 및 배터리 팩 크기로 4680보다 파워가 13% 더 높다고 한다. 모듈과 과도한 케이블이 없으며 조립하기가 쉽고 빠르며 저렴하다는 것이 장점이다.
리튬인산철(LFP)과 NCM 셀 등 두 가지 변형이 있으며 코발트가 없는 LFP 버전의 경우, 160Wh/kg의 중력 에너지 밀도와 290Wh/리터의 체적 에너지 밀도가 주어지며, NCM 버전의 경우 값은 각각 250Wh/kg 및 450Wh /리터다.
CATL은 가장 널리 퍼진 셀 투 팩 시스템인 BYD의 블레이드 배터리의 값을 약간 초과한다고 밝혔다. 중력 에너지 밀도가 BYD 블레이드 배터리는 140 Wh/kg인 데 비해 CATL의 LFT 배터리 셀은 현재 장거리 버전에서 150 Wh/kg에 달한다고 한다.
높은 에너지 밀도 외에도 CtP 기술의 장점은 간단한 구조에 있다. 배터리 모듈이 생략되기 때문에 추가 배선을 분배할 수 있을 뿐만 아니라 배터리도 설치가 더 쉽고 저렴하다. 모듈의 수동 재료가 생략되기 때문에, 활성 물질을 동일한 팩 크기에 설치할 수 있으며, 이는 궁극적으로 동일한 셀 기술로 팩 레벨에서 더 높은 에너지 밀도로 이어진다.
CATL은 이미 테슬라 모델 3 및 모델 Y에 에너지 밀도 125Wh/kg의 LFP 셀을 공급하고 있다. 테슬라가 언급한 160Wh/kg을 충족한다면 에너지 밀도가 28% 증가하게 된다.
CATL의 TCP 인 키린 배터리는 2023년 2분기 길리자동차의 지커 브랜드에 처음으로 탑재된다.
한편 CATL의 초기 인지도를 높여주는 데 크게 기여한 BMW의 뉴 클래스(독일어 Neue Klasse) 플랫폼을 기반으로 하는 전기차 모델에 원통형 배터리 셀을 공급하기로 다년간 계약을 체결했다. 이 배터리는 표준 직경 46mm로 중국과 유럽에 있는 CATL의 미래 배터리 공장 두 곳에서 생산되며 각각 BMW 그룹 전용으로 연간 최대 20GWh의 용량을 생산한다. CATL의 새로운 셀로 구동되는 BMW의 6세대 eDrive 기술은 뉴클래스 모델에 사용되며 에너지 밀도, 충전 속도 및 범위와 관련하여 전기차 기술의 도약을 이룰 것이라고 강조했다.
CATL은 지금 리튬 인산철(LFP) 배터리의 비중을 늘리고 있다. 최근 마스터 플랜 파트 3을 발표한 테슬라는 물론이고 현대차그룹과 유럽 자동차회사들의 수요가 증가하고 있기 때문이다. 더불어 전기차 전용 플랫폼도 개발하고 있어서 미래의 CATL이 어떻게 바뀔지는 아직 섣부르게 단정할 수는 없다.
이에 대해 삼성증권의 애널리스트 정하늘은 다음과 같이 전망한다.
“CATL은 LFP CTP 배터리의 생산능력을 2017년 6.5GWh에서 2025년 60GWh로 9.2배 확대할 계획이다. LFP CTP으로 CATL의 배터리 개발 경쟁력을 인정받았으나, CATL의 주력 배터리는 여전히 NCM이다. 실제로 CATL 자체 생산능력 중 LFP CTP 배터리 비중은 2020년 36%를 고점으로 2025년에는 16%까지 낮아질 것으로 전망한다. LFP CTP 배터리가 전기차 판매단가를 낮추고자 하는 전기차 기업들의 니즈에 부합하는 틈새시장을 공략한 것은 사실이지만, 그 한계가 명확하기 때문이다.”
배터리 전문 시장조사기관인 SNE리서치는 전 세계 전기차 수요는 2019년 232만 대에서 연평균 33%씩 성장하여 2030년에는 약 5,568만 대로 확대될 것으로 예상했다. 전기차용 배터리 수요 역시 늘어나, 2019년 118GWh 수준의 수요량이 연평균 37%로 증가하여 2030년에 3,647GWh에 이르게 될 것으로 전망했다.
지금까지 그래왔듯이 애널리스트들이나 컨설팅회사들의 전망이 맞은 적은 거의 없다. 지금 전기차 배터리 시장은 전기차 시장의 미래를 좌우하고 있다. 그런 지정학적 조건의 변화로 주요 광물과 원자재 조달이 원활하게 이루어지지 않을 가능성이 크다. 그 이야기는 희토류 등 광물 공급권으로 절대 우위에 있는 중국 업체들이 유리하다는 것이다.
