지금 전 세계 배터리 생산 용량은 수요를 크게 앞지르고 있다. 그래서 생산과잉이라는 지적이 일고 있지만 투자는 더 증가하고 있다. 보조금 정책의 변화로 전기차 판매가 주춤하고 있는 상황과 맞물려 다양한 전망이 등장하고 있다. 그러나 시장조사회사나 완성차업체, 배터리업체들은 모두 2030년 이후에 폭발적인 증가를 예상한다. 그래서 새로운 이차전지회사가 설립되고 있고 공동 투자를 통한 공장 건설도 이어지고 있다. 이차전지와 배터리 전기차의 복잡한 계산법을 정리해 본다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)

국내에 두 개의 이차전지 공장이 부산 기장과 경기도 여주에서 같은 날 착공됐다. 기존 배터리회사와 완성차회사 간의 합작투자가 아니라 새로운 이차전지회사의 등장이다. 2023년 9월 11일, 부산 기장군과 경기도 여주에 금양과 그리너지가 각각 이차전지 공장 기공식을 했다. 금양은 양극재 회사 에스엠랩과 공동으로 2170과 4680 타입의 전기차용 배터리 셀을 생산한다. 그리너지는 음극재에 흑연 대신 리튬티탄산화물을 사용해 수명과 화재 안전성을 크게 개선한 LTO배터리를 생산한다. 금양과 달리 그리너지는 ESS와 선박, 버스, 중장비, 철도, 지하철, 항공기, 군용장비, 산업용 부품 등이 주력 시장이다.

국내 배터리 산업동향 플랫폼인 배터리다이브는 전지사업에서 전기차 배터리를 목표로 해서는 안 된다고 주장하고 있다. 전기차 배터리는 목표가 아니라 결과여야 한다는 것이다. 전지 사업을 하다 보면 최종적으로 전기차 배터리까지 간다는 생각으로 사업을 해야 한다는 것이다. 그런 관점에서 본다면 그리너지의 전략이 더 설득력이 있어 보인다. 그리너지는 주로 대형 배터리 생산을 시작으로 장기적으로 전기차 시장 공략도 염두에 두고 있다.

국내에는 전기차용 이차 전지를 개발 생산하는 업체가 LG에너지솔루션과 삼성 SDI, SK온 등이 있다. 더불어 동박과 음극재 생산업체 롯데에너지머티리얼즈, 이차전지소재와 음극재 등을 생산하는 포스코퓨처엠, 양극재를 생산하는 에코프로비엠과 엘앤에프, 그리고 에코프로와 에이치엘그린파워, 아이티엠반도체 등 이차 전지 관련 업체가 있다. 여기에 금양이 전기차용 배터리를 주력으로 하는, 원통형 배터리 생산시설을 갖춘 국내 네 번째 공장을 건설하고 있다.

전기차용 이차전지 시장 전망에 대해서는 다양한 의견이 존재한다. 시장조사업체 CRU 그룹은 2023년 중국의 배터리 공장 생산 용량은 연간 1,500GWh에 달할 것으로 전망했다. 이는 전기차 2,200만 대에 공급할 수 있는 양으로 중국 내 수요 636GWh의 두 배가 넘는 수치이다.

코로나 팬데믹 때 폭등했던 중국 리튬 배터리 가격이 지금은 크게 하락했다 중국광물컨설팅업체 상하이강렌(MySteel)에 따르면 각형 NCM 배터리의 가격은 7월 말 기준 Wh당 0.68 위안(약 124원), LFP 배터리는 0.6위안(약 109원)으로 연초 대비 무려 40% 가까이 하락했다고 밝혔다.

리튬 가격 인하는 최근 전기차 판매 부진과 연결된다. 콕스오토모티브는 지난 7월 미국 내 전기차 재고가 90일 이상, 월스트리트 저널은 8월 말 재고가 내연기관차의 두 배에 달하는 100일분이 넘는다고 분석했다. 이는 테슬라를 필두로 하는 가격 인하를 촉발했고 결과적으로 전기차 가격은 1년 전보다 30% 하락했다. 전기차의 판매로 수익을 올리지 못하고 있는 상황에서 가격 전쟁은 완성차회사들에는 큰 도전이다.

미국 자동차회사들은 당장에는 한국의 배터리업체들에 절대적으로 의존하고 있다. 그 이야기는 한국 배터리업체들이 미국에 대대적으로 투자한 것이 과연 어떤 결과를 가져올지에 대해 심각하게 고민해야 한다는 것이다.

예를 들어 미국 포드는 올해 2분기 실적 발표에서 2023년 배터리 전기차 생산 목표를 당초 60만 대에서 40만대로 낮췄다. 1년 뒤에나 가능하다는 의견을 피력했으며 더 나아가 2026년 200만 대 생산 목표도 무기한 연기하기로 했다. 포드와 배터리 생산에 협력하고 있는 SK온이 블루오벌 SK의 가동률을 유지할 수 있을지 어려워진 상황이다.

이는 중국 화웨이가 7나노의 반도체를 자체적으로 개발 생산하면서 촉발된 문제와 같은 양상이다. 삼성전자만 해도 미국에 11개의 새로운 설비를 구축할 계획이다. 그것이 과연 시장 논리에 맞느냐는 의문이 일고 있다. 올해 10월부터 시험 적용될 RE100 조건을 전혀 해소하지 못할 한국에서 공장을 짓기 어렵기 때문에 어쩔 수 없는 선택이기는 하다.

LFP 배터리 등장이 가격 인하 트리거?

우선은 삼원계인 NCM과 LFP 배터리에 대한 이견부터 짚어 볼 필요가 있다. 간단하게 설명하면 에너지 밀도가 높은 NCM과 저가인 LFP는 직접적인 경쟁 관계는 아니다. 장거리 주행이 많은 시장에서는 NCM의 수요가 더 많을 것이다. 반면 도심 주행에 더 비중을 두고 장거리에는 대중교통을 선호하는 유럽 등에서는 LFP를 원하는 사용자가 더 많을 수도 있다.

이에 대해 국내 일부 유튜버들은 NCM을 주력으로 하는 국내 배터리 업체들은 극단적으로 띄우고 LFP 등을 생산하는 중국의 CATL과 BYD는 사기라고까지 주장하고 있다. 테슬람들이 그렇듯이 주로 주가를 띄우기 위한 수단으로 산업 전망을 하는 이들이다. 극단적인 주장을 하는 이들의 영상을 클릭하는 사람들의 심리를 이용하고 있다. 그들은 그들이 추천하는 주가가 오르면 서로 격려하고 하락하면 다양한 근거를 제시하며 미래를 내다보고 투자하라고 부추긴다.

그러나 삼성SDI도 LFP 배터리 공장을 울산에 건설하는 것을 추진하고 있고 현대차그룹도 CATL의 LFP 배터리를 기아 레이 EV부터 사용한다. 그뿐만 아니라 기아가 중국에서 생산할 보급형 전기차 EV5도 LFP 배터리를 탑재해 2만 2,000달러에 올해 말 출시한다.

성능형과 보급형, 고성능 버전, 전고체 전지 등 네 가지의 차세대 배터리를 개발 중인 토요타도 보급형에는 LFP 배터리를 채용하기로 했다. 바이폴라 구조로 성능 향상과 비용 저감을 양립한다는 것이 특징이다. 바이폴라 전지의 최대 장점은 전지의 내부 저항을 낮출 수 있기 때문에, 충·방전 시위 열 발생이 억제되어, 급속 충전이나 고출력 방전에 유리하다.

그러자 국내 애널리스트들도 지금까지와는 다른 톤의 의견을 내놓고 있다. 이에 대해 배터리다이브는 2020년 배터리 가격 목표 달성에 실패하자 배터리 전기차는 성능에서 가격으로 관점이 달라지기 시작했다고 분석한다. 그럼에도 국내 배터리업체들은 NCM만을 고집해 왔다고 지적했다.

오히려 차분하게 시장과 기술 개발을 하는 중국

국내에는 이미 중국 론배이의 자회사 재새능원이 삼원계 양극재 공장을 갖고 있고 지난 8월에는 충주에 LFP 배터리를 위한 양극재 공장을 착공했다. 중국 업체들은 호들갑스러운 주장이 아니라 하나둘 차근차근 공략하고 있다. 이미 60% 가까운 점유율을 보이는 대형 전기버스 시장도 그중 하나다. 국내 전기버스에 비해 보조금을 50%밖에 받지 못하지만, 점유율은 지속해서 상승하고 있다. BYD는 1톤 전기 트럭을 출시했고 머지않아 승용차도 출시한다.

사실 국내의 많은 자칭 전문가와 애널리스트들은 국내 업체의 IR자료에 의존해 분석하는 경향이 있다. 그래서 업계의 의견을 주로 반영하는 전망을 내놓는다. 그런 분위기와는 반대로 CATL은 지난 8월, 10분 만에 400km를 주행할 수 있는 용량을 충전할 수 있는 LFP 배터리를 공개했다. 센싱이라는 이름의 이 배터리의 최대 주행거리는 700km에 달한다. CATL은 자사의 새로운 혁신이 4C 충전을 지원하는 세계 최초의 LFP 배터리이자 모두를 위한 배터리라고 주장했다. C는 배터리의 충전 승수를 나타내는 것으로 4C는 15분 만에 충전할 수 있는 것을 말한다.

LFP 배터리는 내구성이 뛰어나고 저렴하지만 에너지 밀도가 낮고 추위에 성능 문제가 발생할 수 있다. CATL은 새로운 고속 충전 배터리가 이러한 문제를 해결한다고 말한다. 새로운 LFP 배터리는 장거리 주행과 간편한 재충전의 완벽한 균형을 구현한다고 강조했다. 특히 -10℃의 낮은 온도에서도 30분 만에 0~80%를 충전할 수 있다고 밝혔다.

이 배터리는 2024년 1분기에 시장에 출시될 예정이. CATL은 2019년에는 최초의 CTP(Cell to Pack) 기술을 출시했다. 2021년에는 1세대 나트륨 이온 배터리를 출시했고 2022년에는 키린 배터리(ZEEKR 001에 탑재)를 출시했다. 또한 올해 초에는 항공 등급의 응축 배터리를 공개했다. 끊임없는 기술 개발을 통해 경쟁력을 키워온 것이다.

미국의 IRA(인플레이션)를 통해 중국의 공급망 위력만 확인한 상황에서 이차전지 산업에 대한 보다 구체적이고 치밀한 분석과 대응이 필요하다는 지적이 나오는 이유다. 영업이익률 30~40% 달하는 반도체와는 전혀 다른 처지의 배터리를 K배터리라고 띄우는 분위기도 경계해야 한다는 지적도 나오고 있다.

더 심각한 것은 배터리 관련 인력의 해외 유출이다. LG 에너지솔루션과 삼성 SDI, SK 등의

고급 엔지니어들의 미국행, 더 나아가 중국행은 어제오늘의 일이 아니다. 21세기 초 한국의 엔지니어들의 중국 체리자동차에 200명 이상 근무했던 상황이 반복되고 있다.

SNE리서치, 2035년에는 배터리 공급 부족 주장

그런 상황에서 에너지 산업에 대한 전문적인 리서치와 컨설팅 부문에서 세계적인 입지를 구축하고 있는 한국의 SNE리서치의 배터리 산업 전망이 나왔다. 2023년 9월 14일, SNE리서치가 주최한 제14회 KABC 2023에서 김광주 SNE리서치 대표는 전기차 및 ESS용 이차전지 생산능력이 오는 2035년이면 현재보다 다섯 배 넘게 상승하지만, 공급이 부족할 것으로 전망했다. 그는 2035년엔 중국 이차전지 비중이 37% 감소하고 북미 비중이 33%, 유럽 비중은 26%로 재편될 것이라고 주장했다. 글로벌 전기차 판매량은 오는 2025년까지 2,600만 대 수준에 이르고 BYD와 테슬라의 양강 구도가 만들어질 것이라도 전망했다.

전동화차 시장은 2025년엔 2,600만 대 수준에 이르고 이중 배터리 전기차 비중은 전체의 64%에 달할 것으로 예상했다. 현대차그룹은 배터리 전기차 비중이 51%가 넘을 것이라고 내다봤다.

참고로 미국 정보기술연구 및 자문회사 가트너는 2023년 전 세계 전동화차 판매가 1,500만 대에 달할 것으로 전망했다. 그중 중국의 목표가 30% 증가한 900만 대다. 2024년에는 다시 19% 증가해 1,790만 대가 생산될 것으로 내다봤다. 그러니까 여전히 관점에 따라 적지 않은 전망의 차이가 있다. 언제나 그렇듯이 전망은 그저 참고 자료일 뿐이다.

김광주 대표는 이를 뒷받침할 이차 전지에서는 2035년 CATL을 비롯해 BYD, LG에너지솔루션, 파나소닉, 삼성SDI, SK온 등의 생산능력은 5TWh가 될 것으로 전망했다. 2022년 1TWh에 비해 5배 이상 상승한 수치다. 이차전지 생산 비중은 2022년 중국이 75%를 차지했지만 2035년이면 37%까지 감소하고 북미 비중은 6%에서 33%(27%p 상승), 유럽 비중은 12%에서 26%(14%p 상승)로 변화할 것이라고 주장했다. 물론 이는 생산지 중심의 전망이다.

김 대표는 이어 한국과 일본 이차전지 업체는 주로 북미와 유럽에 투자하고 중국업체들은 중국과 유럽에 투자할 것이라고 예상했다. 완성차회사들은 안정적인 배터리 수급을 위해 배터리사와 전략적 협력이 진행될 것이라는 점도 부각했다. 전기차 및 ESS용 이차전지 수급은 오는 2030년대 중반부터 공급부족이 전망되고 있는데 수요는 2035년 6.8TWh에 달하고 실제 생산능력은 5.9TWh로 약 13% 공급부족이 발생할 것이라고 덧붙였다.

또 하나 시선을 끄는 것은 4680 사이즈 원통형 배터리 시장 비중이 올해 1%에 불과하지만 오는 2030년엔 21%가 넘을 것으로 전망했다는 점이다. 테슬라가 시작한 원통형 배터리의 강세가 한국 업체들이 강세인 파우치형 시장을 크게 잠식할 것이라는 얘기이다.

한편, 전고체 배터리는 2027년 이후 전기차에 탑재되기 시작하면서 본격 확대되고 오는 2035년에 10.2% 비중을 차지할 것으로 예상했다. 전고체 배터리는 2030년 이후 황화물계 중심으로 시장이 확대될 것으로 전망했다.

이런 전망은 앞으로 특별한 변수가 없을 경우에 한한 것이다. 작년 러시아의 우크라이나 침공 상황에서 보았듯이 세계는 지금 지정학적 조건으로 인한 산업 생태계의 변화가 심각하다. 무엇보다 미국이 시작한 보호 무역주의는 결국 미국을 위해 다른 나라들의 희생을 강요한 것으로 산업은 물론 탄소중립에도 도움이 되지 않는다는 것이 증명되고 있다.

배터리 관련 투자는 지속해서 증가

그런데도 현대차그룹과 LG에너지솔루션은 미국 배터리 공장에 20억 달러를 추가로 투자한다. 새로운 배터리 공장의 연간 생산능력은 30GWh로, 연간 30만 대의 전기차 생산을 지원할 수 있게 된다. 현대모비스는 배터리 공장의 셀을 사용해 배터리 팩을 조립한 뒤 현대차그룹 미국 전기차 공장에 공급해 현대•기아차•제네시스 전기차 모델을 생산하게 된다.

중국 고숀도 미국 일리노이주에 20억 달러를 투자해 배터리 생산 공장을 건설한다. 2024년에 생산을 시작할 예정인 이 공장은 10GWh의 리튬 이온 배터리 팩과 40GWh의 배터리 셀을 생산할 것으로 예상된다. BYD는 인도에서 배터리 생산을 위해 장기적으로 배터리 전기차까지 생산하기 위해 10억 달러의 투자에 나서고 있다. 에스 볼트는 태국에 배터리 생산 공장을 건설하고 있다. 태국 정부는 CATL 등의 공장 유치에 나서고 있다. Eve 에너지는 지난 5월, 헝가리 데브레첸 정부의 자회사 Debreceni와 원통형 파워 배터리 생산을 위해 도시 북서부 공업 지대에서 헝가리가 소유한 토지를 매입하기로 계약을 체결했다. CATL도 독일과 헝가리에 배터리 공장 건설을 추진하고 있다.

SK온은 포드, 에코프로 BM과 함께 배터리 양극재 생산을 위해 캐나다 퀘벡의 배터리 밸리로 알려진 베캉쿠르에 2억 캐나다 달러 규모의 배터리 양극재 공장을 신설한다. 2026년 상반기에 생산을 시작하고 연간 최대 4만 5,000톤의 양극재를 생산할 계획이다. 이 공장에서는 배터리 화학 NCM 음극재도 생산한다.

BMW는 중국에 배터리 공장을 건설하고 있으며 미국 스파르탄버그 공장 인근에 배터리를 생산할 계획이다. 독일 로이틀링겐에 배터리 공장을 건설 중인 포르쉐도 에너지 비용이 적은 북미에 대규모 배터리 공장을 건설한다. 캐나다에 배터리 공장 건설을 추진하고 있는 폭스바겐은 인도네시아에도 배터리 공장을 건설할 계획이다.

스웨덴의 노스볼트도 캐나다에 배터리 공장 건설을 추진하고 있다. 일본은 정부가 나서서 배터리 생산 용량을 25GWh로 늘리고 있다. 파나소닉은 2031년까지 전기차용 배터리 셀의 연간 생산 능력을 현재의 약 네 배에 달하는 200GWh로 늘릴 계획이다.

이외에도 많은 업체들이 전기차 시대로의 전환을 앞당기기 위해 배터리 공급망 구축에 나서고 있다.

그런 한편 IAA 2023 모빌리티 현장에서 르노 관계자는 테슬라와 중국 경쟁업체의 가격 경쟁을 감당할 수 없다는 의견을 피력하기도 했다.

그럼에도 메르세데스 벤츠의 올라 캘레니우스는 2030년까지는 전기차로의 전환을 마치겠다는 의견을 밝혔다. 물론 그 후에도 내연기관차와의 공존은 피할 수 없지만 2039년까지 탄소중립을 달성하겠다는 가장 공격적인 목표를 설정하고 있는 메르세데스가 목표 달성을 가속한다는 것은 시사하는 바가 크다.

전기차로의 전환에서 중요한 것은 배터리 가격의 획기적인 인하와 완성차회사의 생산 방식 변화를 통한 비용 절감이다. 그 발목을 붙잡고 있는 것은 원자재 등 공급망 붕괴다. 그 공급망 붕괴를 초래한 것은 미국이 시작한 보호 무역주의이다. 미국 내 여론 추이대로 트럼프가 차기 대통령으로 당선되면 그런 흐름은 더 강화될 것으로 보인다. 블록 경제가 강화되고 있는 시대에 전기차로의 전환과 탄소 중립은 지금 중요한 도전에 맞서 있다. 위에 언급한 다양한 전망이 가능한 그대로 구현될지 지켜볼 일이다.