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		세계 각국의 전기차 배터리 시장 및 재활용 산업에 주목하라!(1)
		[플라스틱사이언스] 기사입력 2023-09-19 00:37:00

제1부 에너지 _배터리 시장 동향

■한국, 전기차 배터리 제조사의 미국 시장진출 확장 동향
미국 전기차 시장 확대, 주요 대기업과 협력해야 하는 1차, 2차 업체들의 미국 진출 활발

미국 정부는 올해 4월에 2032년까지 전체 신차 판매의 67%를 전기차로 만들겠다는 목표를 발표했다. 판매 차량의 배출가스 한도를 제한해 2032년까지 전체 차량의 3분의 2를 전기차로 전환할 계획이다. 이로 인해 미국 내 자동차 제조업체들은 2030년까지 전체 자동차 판매량 중 전기차가 차지하는 비율을 약 45%로 높이는 것을 목표로 하고 있다. 전기차 점유율 증대가 기대됨에 따라 전기차 배터리 시장 또한 대폭 성장할 것으로 전망된다.

4차산업 관련 미국 우선주의 정책의 하나로 미국 정부는 글로벌 제조업체들이 미국에 진출할 경우 누릴 수 있는 다수의 우대정책을 발표하고 있다. 그러나 북미에서 최종 조립된 전기차가 아닌 경우, 일정 비율 이상의 광물과 부품이 북미에서 생산된 배터리를 사용하지 않으면 전기차 세액공제(보조금) 대상에서 배제된다는 조건이 포함돼 있다. 이로 인해 이미 미국에 진출한 주요 대기업과 협력하는 1차 및 2차 업체들의 미국 진출도 피할 수 없는 흐름이 되고 있다.

이런 현황과 관련해 부동산 전문 서비스 및 투자관리 회사인 컬리어스는 2023년 6월에 한국 전기차 제조 • 부품 회사의 북미 내 공장 진출 현황 보고서를 발표했다. 해당 보고서에 따르면 현대자동차그룹 및 전기차 배터리 3사(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온)의 대미 투자 계획 발표로 납품업체 등 다수의 전기차 배터리 관련 한국기업들이 미국 내 공장 건설 등의 형태로 현지 진출을 계획하고 있는 것으로 조사됐다.

자국 산업 보호 및 IRA 시행

전기차 수요 급증에 대응한 생산시설 확보 외에도 주요국의 자국 산업 보호의 일환으로 미국 정부는 인플레이션감축법(Inflation Reduction Act, IRA)을 발표했다. 해당 정책을 통해 미국은 전기차 생산 공장에 대해 최대 30%의 세액공제 혜택을 제공하고 있다.

인플레이션감축법(IRA)에 따르면, 전기차에 사용되는 배터리 주요부품 중 북미에서 제조되는 비율이 2024년부터 60% 이상이 돼야 한다. 이후 연간 10% 포인트씩 비율이 높아져 2028년 이후에는 100% 충족돼야 세액공제 혜택을 받을 수 있다. 또한, 배터리 광물의 경우, 미국이나 FTA 체결국에서 채굴 • 가공한 핵심광물을 40% 이상 포함한 배터리를 장착한 전기차만 보조금을 받을 수 있다.

전기차 배터리 시장 폭발적인 증가

시장조사업체 SNE리서치 자료에 따르면, 전 세계 전기차 배터리 생산능력은 연평균 27%씩 상승해 2030년까지 약 8배 이상 성장할 전망이다. 또한, 전 세계 전기차용(ESS용 포함) 이차전지업체의 총 생산능력은 2023년 1,793GWh에서 2030년 8,247GWh까지 연평균 27% 성장할 것으로 보인다.

한편, 2030년 이차전지업체의 국적별 이차전지 생산 능력 비중은 중국 업체(CATL, BYD, EVE, Farasis 등)가 63%로 대부분을 차지할 것으로 보이는 가운데, 국내 전기차 배터리 3사의 비중은 20%로 뒤를 이을 전망이다. Northvolt, Freyr, ACC 등 유럽 내 이차전지업체들은 2025년부터 본격적인 생산을 시작하며 2030년 생산능력 비중에서 10%를 차지할 것으로 예상했다.

국내 배터리 기업 공장 신축 및 증설

국내 배터리 3사는 인플레이션감축법(IRA) 시행 이후 북미 전기차 배터리 시장 내 우위를 차지하기 위해 현지 생산거점을 확장하고 있다. 미국 에너지부(DOE)의 발표에 따르면, 2025년까지 미국 내 건설 예정인 대규모 배터리 생산설비 13개 중 11개가 국내 배터리 3사에 의해 추진되고 있으며 해당 기업들 모두 미국 완성차 3사(GM • 포드 • 스텔란티스)와 JV 형태로 진출하고 있다.

이와 관련하여 컬리어스 보고서에 의하면, 테슬라에 납품하는 파나소닉이 현재 북미 전기차 배터리 시장 점유율 1위를 차지하고 있지만 향후 국내 배터리 3사의 공장 설립이 완료되면 미국 내 한국기업들의 배터리 시장 점유율은 69%까지 증가할 것으로 기대된다고 한다. 특히 완공 후 국내 배터리 3사의 미국 내 공장 확대와 안정적인 원부자재 공급을 위해 국내 협력업체들 또한 배터리 제조용 양극재 공장 등을 건설하며 미국 진출을 활발히 할 것으로 전망된다.

동일 보고서에 의하면, 위의 추세에 따라 현대차와 동반 진출 협력사는 1997년 34개 사에서 2021년 20배 이상 늘어났다고 한다. 또한, 현대 및 기아와 직접 거래하는 1차 협력사 340여 개사, 2차 협력사 400여 개사 등 협력업체 총 750여 개사가 현대차의 해외 진출에 발맞추어 동반 진출하였다고 한다. 이와 같은 추세는 현대차그룹이 2025년 말 가동을 목표로 하는 미국 조지아주 서배너 내 전기차 약 23만 대 분량의 배리 셀을 생산할 수 있는 공장 건설 흐름에 발맞추어 가속화될 것으로 전망된다.

시사점

늘어나는 전기차 공급 물량과 미국 인플레이션감축법(IRA)에 따른 현지 대응 차원에서 미국 진출을 준비중인 국내 기업들은 관련 시장 정보 및 진출 사례를 통한 진출 방식 등을 신중히 조사해야 할 것이다. 특히 현지 공장이 다수 건설되는바, 완공 후 인력 수급에 대한 우려의 목소리가 제기되고 있기에 이에 대비하는 것이 좋을 것으로 예측된다.

북미 진출을 모색하는 벤더의 경우 배터리 제조를 위한 양극재 공장 건설을 계획하고 있는 협력업체를 통한 미국 진출이 활발하게 이루어질 것으로 전망된다. 삼성SDI는 양극재 등 핵심 소재 기업에 미국 동반 진출을 제안해 합작사 설립을 모색하는 등 협력업체에 동반 진출을 제안하고 있다.

또한, 현지 파트너와 협력 모색도 중요하다. 미국 공장 건설 프로젝트에 참여하기 위해서는 설계뿐 아니라 건설사업관리(CM), 사후관리 등 전체 프로젝트를 PM 할 수 있는 현지 파트너를 통한 협업이 필요하다. 부지 선정을 위한 사이트 및 공장 설립을 위한 적절한 부지를 찾기 위해 주별 규제 요건 등을 파악하기 위해서는 현지 컨설팅으로부터의 정보를 위한 네트워크가 필요하다.

작성자 미국 시카고무역관 이준섭

자료원 Global LiB Battery, 컬리어스, CIC energiGUNE, KOTRA 시카고무역관 자료 종합

■ 나트륨이온배터리 상용화 나선 중국

차량용 배터리 분야 적용 시 에너지 밀도 개선, 배터리 수명 개선 여부가 중요

에너지 밀도가 중요하지 않은 ESS 분야 적용 가능성 커

17개 기업 ‘나트륨이온배터리 기준평가’ 통과 발표

지난 2023년 7월 14일 개최된 2회 나트륨이온배터리 산업체인 및 표준발전포럼에서는 2023년 나트륨 이온배터리 산업연구 보고가 발표되었다. 이 자리에서 중국 최초 나트륨이온배터리 평가 명단을 발표했으며, 17개 중국기업이 평가에 통과했다고 알렸다. 명단에 포함된 기업 중에는 ▲ 펑후이에너지(鹏辉能源) ▲ 화양주식(华阳股份子公司) 자회사 화나신넝(华钠芯能) ▲ BYD 자회사 포디배터리(弗迪电池) ▲ 파이넝 과학기술(派能科技) 자회사 중싱파이넝(中兴派能) ▲ SVOLT(蜂巢能源)와 같은 기업이 있다.

이번 통과 발표에 대해 류셴강(刘贤刚) 중국 전자기술 표준화연구원(中国电子技术标准化研究院) 부원장은 “현재 전 세계에서 20여 개사가 나트륨이온배터리 개발에 성공했는데 대부분이 중국기업이다. 앞서 말한 17개 기업이 평가에 통과했다는 것은 중국 내 나트륨배터리 산업이 전 세계적으로 앞서가고 있음을 의미한다.”라고 밝혔다.

2023년 2월 나트륨 이온 전지 관련 업체인 중커하이나(中科海纳)는 신제품 발표에서 세계 최초로 나트륨 이온배터리를 탑재한 전기차 시제품을 선보였다. 또한, BYD는 2023년 하반기 초소형 신에너지 차량인 하이어우(海鸥)에 탑재해 생산할 예정이다. 중국 공업 정보화부는 2023년 6월 나트륨이온배터리 차량 탑재를 승인했다. 이처럼 중국은 나트륨이온배터리 기술개발에 적극적으로 나서고 있다.

한편, 중국에서는 기존의 이차전지와 비교해 낮은 생산가격, 높은 안정성을 지닌 나트륨이온배터리가 주목받고 있으며, 중국의 많은 기업이 뛰어들고 있어 전문가들은 2026년에는 상용화가 상당 부분 진전될 것으로 전망하고 있다.

나트륨이온배터리 상용화 추진 배경

중국이 나트륨이온배터리 상용화를 추진하게 된 배경에는 리튬이온배터리 소재에 쓰이는 원재료와 관련이 있다. 신에너지 자동차 수요가 증가하면서 리튬이 온배터리 수요도 증가했고 이에 따라 원재료인 탄산리튬 가격도 상승하게 되었다. 2020년 탄산리튬 평균가격은 톤당 4만4,067위안(약 80만 원)이었으며 2021년에는 톤당 12만2,510위안(약 2,200만 원), 2022년에는 톤당 48만9,121위안(약 8,900만 원)으로 빠르게 상승했다. 2023년 평균가격은 톤당 32만5,613위안(약 5,900만 원)으로 여전히 높은 가격대를 유지하고 있다.

중국 내 리튬 매장량과 채굴 비용 문제도 있다. 전 세계 리튬(탄산리튬) 매장량은 1억2,800만 톤으로 주로 칠레, 호주, 아르헨티나 3개국에 75%가 매장되어 있다. 2021년 미국지질탐사국의 보고에 따르면 중국의 매장량은 전 세계 매장량의 6%에 그치고 채굴 단가도 높다. 반면 나트륨은 리튬 대비 매장량이 풍부하고 원가도 낮다. 리튬의 지구지각 저장량은 단 0.0065%에 불과하지만, 나트륨 매장량은 리튬자원의 440배인 2.74%로 리튬 대비 풍부하고 전 세계에 균일하게 분포돼 있다는 이점도 있다. 나트륨이온배터리는 기존 리튬이온배터리 생산 대비 낮은 원자재 가격과 가공원가, 풍부한 원자재 매장량이라는 장점을 갖고 있어 중국은 차세대 배터리로 주목하며 개발하고 있다.

리튬이온배터리와 나트륨이온배터리 비교

리튬이온배터리와 나트륨이온배터리는 양극재, 음극재, 격리막, 전해질 등으로 구성돼 있어 유사한 구조를 갖추고 있으며 작동원리도 유사하다. 궈타이쥔안연구소(国泰君安研究所)에 따르면 100GWh 이상 규모의 대규모 생산이 실현될 경우 1GWh 생산당 비용이 리튬인산철배터리 생산 원자재 비용보다 30% 저렴하다.

또 두 배터리 구조가 유사하므로 현재 배터리 생산라인에 적용할 수 있다. 하지만 전문가들은 원자재가 다르므로 공급망 전체가 새로운 소재로 변경되어야 한다는 문제점도 있다고 지적한다. 현재까지는 리튬인산철배터리와 나트륨이온배터리의 생산단가는 0.75 위안/Wh로 같은 수준이다.

배터리 에너지 밀도 측면에서도 차이가 있다. 무게당 에너지 밀도를 비교했을 때, 일반적으로 나트륨이온 배터리는 160Wh/kg의 밀도를 가지고 있으며 리튬인 산철배터리의 90% 정도의 성능을 보이지만 삼원계 리튬 배터리와는 큰 차이를 보인다. 부피별 에너지 밀도를 비교하면 그 차이는 더 크다. 나트륨이온배터리의 부피당 에너지 밀도는 370Wh/L이나 삼원계 리튬이 온배터리는 650Wh/L로 큰 격차를 보인다.

지난 2023년 7월 발표된 나트륨이온배터리 평가 결과에 따르면, 이번 평가를 통과한 나트륨배터리의 평균 에너지 밀도는 104.1Wh/kg이며 에너지 밀도가 가장 높은 4개 회사의 평균 에너지 밀도는 120~130Wh/kg인 것으로 나타났다. 이는 리튬인산철배터리의 에너지 밀도(160Wh/kg)와 비교하면 아직 격차가 있지만, 납산배터리(VRLA • 납축전지) 에너지 밀도(약 30Wh/kg)의 3~4배에 달하는 수준이다.

소재, 밀도 차이 외에도 나트륨이온배터리는 리튬이 온배터리보다 높은 안전성, 저온에서도 방전 유지율이 높다는 장점이 있다. 하지만 나트륨 소재의 특성상 에너지 밀도가 낮으므로 주행거리가 짧고, 배터리 수명(배터리 사이클: 순배성능(循环性能) • 사이클 수, 첫 방전용량, 잔여 용량으로 측정)도 리튬이온배터리보다 빨리 단축된다는 단점이 있다.

전망 및 시사점

현재 기술력으로 나트륨이온배터리의 성능은 NCM 삼원계 배터리에는 크게 미치지 못하지만, 리튬인산철배터리 성능의 80~90% 정도까지 낼 수 있는 수준으로 발전했다. 단기간에는 주행거리가 짧고 가격대가 낮은 전기자동차나 오토바이 등 퍼스널 모빌리티에 활용될 가능성이 크다. 앞으로 기술 개선, 산업 성숙도가 높아짐에 따라 생산 비용 절감도 크게 진행될 것으로 보인다.

BYD 에너지 저장 및 신 배터리 사업부의 총책임자인 샤오창(尹小强)은 “최근 1~2년간 나트륨배터리 생산원가와 사이클 성능이 리튬인산철배터리와 비슷해졌다. 2024년에는 나트륨배터리의 원자재 원가가 리튬인산철배터리의 89~97%에 달할 것으로 전망된다. 즉, 내년이 나트륨배터리 비용의 변곡점이 될 것이며 2025년에는 나트륨배터리 가격이 리튬인산철배터리 69~83%로 더 낮아질 것이다.”라고 전망했다. 나트륨배터리 단점을 보완하기 위한 시도도 이루어지고 있다. CATL에서는 나트륨이온배터리와 LFP배터리를 동시에 탑재하는 AB배터리를 출시할 예정이며, 이 신형 배터리의 주행거리는 500km대에 달할 것이라고 밝혔다.

차량용 배터리와 달리 에너지 밀도가 중요하지 않은 에너지저장시스템(ESS) 분야에서의 전망도 밝다. 차량탑재용 배터리 발전과 함께 배터리 저장 분야 적용 기술 개발에도 속도를 내고 있고 적극적으로 시장 검증을 진행하고 있다. 돤원융(段文勇) 메이롄신소재(美联新材) 부사장 겸 이사회비서는 “나트륨배터리의 기존 기술이 누적돼 산업화가 가능한 시점이다. 기존 배터리와 비교해 나트륨배터리는 에너지 저장에 더 적합하다. 에너지 저장 산업도 커다란 발전 기회를 맞고 있어 올해 시장에 나트륨배터리 에너지 저장 시범 사업이 잇달아 쏟아질 것으로 보인다.”라고 밝혔다. 앞으로 나트륨이온배터리는 에너지 저장, 데이터 센터 및 기지국 에너지 저장 등의 분야에서 선도적으로 도입될 것으로 기대된다.

나트륨이온배터리의 장점, 중국의 적극적인 개발 의지에도 불구하고 리튬이온배터리를 대체할 수 있을지에 대해서 전문가들은 상반된 의견을 내놓고 있다. 기술 개선, 원재료 공급망 재편 등에 따라 이차전지 트렌드가 변화할 가능성이 있는 만큼 중국의 주요 배터리 기업의 움직임에 주목할 필요가 있겠다.

작성자 중국 항저우무역관

자료원 상하이정취안바오(上海证券报), 중커하이나(中科海钠), 바이인포(BAIINFO), 궈타이쥔안연구소(国泰君安研究所), 중커하이나(中科海钠), 중신증권연구

부(中信证卷研究部), 포 스 코 경영연구원, 관 옌톈샤 (观研天下) 등 KOT R A 항저우 무역관 자료 종합