[딜사이트 노우진 기자] 전기차 시대가 도래하며 각광받고 있는 산업이 있습니다. 바로 리튬이온배터리로 대표되는 배터리 산업이에요. 이 배터리는 스마트폰, 로봇, 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 산업에서 활용되고 있지만 특히 전기차 산업에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 전기차를 생산하기 위해서는 리튬이온배터리가 필수적이고, 리튬이온배터리의 성능은 소비자들의 이용 편의성을 좌지우지하기 때문이죠. 덕분에 배터리 산업은 전기차 시장의 급성장과 더불어 가파른 성장세를 보이고 있습니다.

배터리 산업이 성장하는 만큼 더 커다란 파이를 차지하기 위한 경쟁도 치열해지고 있는데요. 이는 투자자들에게는 기회로 작용하죠. 그리고 기회를 잡기 위해서는 산업의 지형 변화를 미리 가늠하고 플레이어 간 구도를 이해할 필요가 있어요. 이번 머니네버슬립 콘텐츠에서는 배터리 산업을 이해하기 위해 눈여겨봐야 하는 지점들을 하나씩 들여다볼까 합니다. 가장 먼저 배터리 그 자체에 대해서입니다.

◆ 각기 다른 강점 가진 배터리들…산업별 적합도 달라

리튬이온배터리는 양극재, 음극재, 전해액, 분리막 등 네 가지 요소로 구성되는데요. 그중 가장 중요한 것은 원가의 40%를 차지하는 양극재입니다. 배터리의 성능은 양극재에 따라 결정되고, 양극재는 구성 원료에 따라 특성이 좌우돼요. 에너지 밀도를 결정하는 니켈, 안정성을 높이는 코발트와 망간, 출력 특성을 향상하는 알루미늄 등 어느 원료를 어떤 비율로 조합하는지에 따라 달라지는 거죠. 따라서 배터리의 종류를 아는 것은 현재 펼쳐지고 있는 배터리 경쟁의 지형과 추세를 이해하는 데 필수적이에요.

① LFP 배터리

대표적인 배터리 중 하나인 리튬인산철(LFP) 배터리는 가성비가 뛰어난 것으로 유명합니다. 이 배터리는 이름 그대로 리튬과 인산철을 핵심 원료로 하는데요. 가격대가 높은 니켈과 코발트를 함유하지 않기 때문에 가격경쟁력이 우수합니다. 동시에 공급망 관리에서도 유리하고요. 또한 니켈을 사용하지 않은 덕분에 화재에 상대적으로 안전하다고 알려져 있죠. 상대적으로 긴 배터리 수명도 LFP 배터리의 강력한 장점입니다.

다만 단점도 있습니다. 우선 에너지 밀도가 상대적으로 낮아 주행거리를 늘리는 데는 한계가 있습니다. 또한 철이 들어가서 무게가 많이 나가기도 하고요. 날씨가 추울수록 성능이 떨어진다는 점도 문제로 꼽힙니다. 재활용이 어렵다는 것도 무시할 수 없는 단점이죠. 유럽 폐배터리 재활용 업체 유미코아의 마크 그린버그 CEO는 "LFP 배터리는 상대적으로 재활용하기 어렵다"며 "저렴할수록 금속일수록 재활용을 위해 투입해야 하는 비용은 커지는데, LFP 배터리에 포함된 재료의 가치는 매우 낮기 때문"이라고 설명했어요.

이 LFP 배터리에 주력하고 있는 건 세계 최대 규모의 배터리 업체인 CATL, 전기차 기업인 비야디(BYD) 등 중국 업체들입니다. 사실상 독점 상태라고 해도 과언이 아닌데요. 배터리·전기차 시장조사업체 EV볼륨에 따르면, BYD는 지난해 69.8 기가와트시(GWh) 규모의 LFP 배터리를 생산하며 업계 선두 위치를 차지했습니다. CATL은 46.6GWh를 생산해 2위를 기록했고요. GWh 기준 이 두 기업이 차지하는 비중은 전체의 85%에 달합니다.

LFP 배터리 덕분에 시장에서 입지를 다지고 있는 중국 업체들은 꾸준한 연구개발을 통해 성능도 끌어올리고 있는데요. 앞서 이야기한 것처럼 LFP 배터리는 성능이 떨어진다는 평가를 받았지만, 최근에는 다른 배터리의 에너지 밀도에 근접하고 있다는 의견이 나오고 있어요. 이를 주목한 전기차 기업이나 완성차 업체들도 하나 둘 LFP 배터리를 채택하고 있고요.

② 삼원계 배터리

LFP 배터리가 가성비 뛰어난 배터리라면, 삼원계 배터리는 가격대는 높지만 품질에 강점이 있습니다. 삼원계는 리튬·니켈··코발트·망간·알루미늄을 활용해 생산하는 양극재인데요. 크게 NCM(니켈·코발트·망간), NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄), NCA(니켈·코발트·알루미늄) 등으로 구분됩니다. 최근에는 양극재 용량과 에너지 밀도를 결정하는 니켈 비중을 80% 이상으로 극대화한 하이니켈 삼원계 양극재가 주목받고 있죠.

하나씩 살펴볼게요. NCM 양극재는 용량과 에너지 밀도가 높아 전기차 배터리 소재로 가장 많이 사용되는 삼원계 양극재입니다. 가장 중요한 니켈 함량에 따라 NCM622, NCM811 등으로 부릅니다. 이 세 자리 숫자는 구성 요소의 비율을 뜻하는데요. 가령 NCM622는 니켈 함량 60%, 코발트 함량 20%, 망간 함량 20%라는 의미예요. 즉 NCM 뒤에 8이 붙는 배터리는 하이니켈로 볼 수 있습니다.

망간 대신 알루미늄을 활용한 NCA 양극재는 에너지 밀도가 높은 것은 물론 용량 특성도 매우 우수합니다. 다만 고출력을 내는 만큼 열 안정성이 다소 떨어지는 단점이 있어요. 이를 위해 특수 코팅 기술을 통해 안정성과 수명을 높이는 기술 개발이 이뤄지고 있지만, NCM 양극재에 비해 상대적으로 널리 쓰이지는 않고 있습니다.

NCMA 양극재는 NCM 양극재와 NCA 양극재의 장점을 모두 살린 고품질 양극재입니다. 니켈, 코발트, 망간에 알루미늄이 더해졌기 때문에 사원계 양극재로 불리기도 하죠. 기존 NCM 양극재에 알루미늄이 더해졌기 때문에 생산은 까다롭지만 그만큼 성능은 뛰어납니다. 또한 에너지 밀도가 높고 출력이 뛰어나다는 강점은 유지하고, 알루미늄 덕에 화학적 불안정성이 완화돼 안정성도 뛰어납니다. 배터리 수명도 긴 편이고요. 게다가 원통형·각형·파우치형 배터리 등 다양한 폼팩터에도 적용할 수 있다는 강점도 있습니다. 그야말로 단점을 찾기 힘든 배터리라고 볼 수 있습니다.

삼원계 배터리 시장을 주도하는 것은 국내 배터리 업체들입니다. 가령 LG에너지솔루션은 NCMA 배터리에 주력하고 있고요. SK온은 니켈 비중을 90% 이상 끌어올린 NCM9 배터리를, 삼성 SDI는 니켈 비중을 높인 NCA 배터리를 주로 생산합니다. CATL 등 중국 업체들도 삼원계 배터리를 생산하며 시장 공략에 나섰지만, 여전히 경험을 내세운 국내 업체들이 더욱 높은 평가를 받고 있어요.

③ 차세대 배터리

새로운 양극재에 대한 연구개발도 활발하게 이뤄지고 있습니다. 앞서 이야기한 것처럼 배터리 종류에 따라 장단점이 뚜렷하게 갈리는데요. 리튬이온배터리가 활용되는 산업은 다양하고, 향후 더욱 확대될 것으로 예상되는 만큼 종류를 다양화할 필요가 있어요. 특히 기업 입장에서는 제품 포트폴리오를 다각화하는 게 필수 과제이기 때문에, 적극적인 투자를 하고 있고요.

차세대 양극재 개발에 있어 주요 관심사는 코발트 비율을 낮추는 겁니다. 코발트는 가격이 높아 가격경쟁력이 떨어집니다. 또한 채굴 시 환경 오염, 인권 침해 등이 발생한 우려가 있고요. 덕분에 코발트 없이 리튬, 니켈, 망간으로 구성된 코발트프리 NMX(니켈 75%, 망간 25%) 양극재나 코발트 대신 망간 비율을 높인 망간리치(LLO) 양극재 등이 주목받고 있습니다.

특히 LLO 양극재는 니켈, 코발트 비중을 모두 낮추고 저렴한 망간 함량을 늘려 가격경쟁력이 높습니다. 덕분에 가성비가 뛰어난 LFP 배터리의 대항마로도 불리죠. 또한 생산을 위한 원재료 수급도 안정적이라는 장점이 있습니다. 망간의 전 세계 매장량은 니켈에 비해 10배 이상 많기 때문이죠.

◆ 가성비 내세워 득세한 LFP, 배터리 업계 지형 변화?

최근 배터리 시장에서도 가격이 중요한 쟁점으로 대두되고 있습니다. 배터리 산업은 현재 고성장하는 전기차 시장을 기반으로 확대되고 있는데요. 이에 따라 전기차 산업의 기류 변화는 배터리 업계에도 지형 변화를 일으키죠. 그리고 현재 전기차 시장에서 가장 뜨거운 이슈는 가성비입니다. 거시경제 환경이 도전적으로 조성되고 새로운 플레이어들이 대두되면서 가격 경쟁이 치열해지고 있기 때문이죠. 게다가 전기차 기업들은 더욱 넓은 소비자층을 공략하기 위해 중저가 전기차 개발에도 힘쓰고 있어요.

전기차 산업에서 불어온 가성비 열풍을 타고 득세한 것은 LFP 배터리입니다. 앞서 이야기한 것처럼 LFP 배터리는 가격대가 높지 않은 광물을 주로 사용하기 때문에 생산 원가가 저렴합니다. 게다가 철의 가채 매장량은 니켈보다 월등히 많아 공급도 안정적이고요. 덕분에 생산 비용을 줄이기 위해 노력하고 있는 기업들의 주목을 받고 있는 거죠.

이는 배터리 시장점유율의 변화를 봐도 알 수 있는데요. EV볼륨에 따르면, 지난해 LFP 배터리의 글로벌 점유율은 27%로 나타났습니다. 2020년까지 한 자릿수에 머물던 점유율이 2021년에 17%로 껑충 뛰고, 1년 만에 약 10%포인트 상승한 거죠. 반면 삼원계 배터리는 LFP 배터리에게 자리를 빼앗기고 있습니다. NCM 배터리와 NCA 배터리는 각각 61.3%, 8.5%의 시장점유율을 기록했어요.

나아가 LFP 배터리 점유율 상승세는 향후 더욱 빨라질 것으로 보이는데요. 투자은행 USB는 최근 "전기차 배터리 부족 사태가 LFP 배터리 확충에 디딤돌이 될 것"이라며 2030년 LFP 배터리 비율 전망을 40%로 상향 조정했어요. 이 투자은행이 당초 내놨던 2030년 LFP 배터리 점유율 전망은 15%에 불과했습니다.

이에 따라 LFP 배터리에 강점을 가진 중국 업체들이 유리한 위치를 점할 것이라는 전망이 나옵니다. 그러나 국내 업체들도 앞다퉈 저렴한 배터리를 내놓겠다고 선언한 만큼, 향후 경쟁 구도가 바뀔 여지도 있어요. LG에너지솔루션은 에너지저장장치(ESS) 시장을 시작으로 LFP 배터리를 도입하겠다고 밝혔습니다. 향후 제품 다각화를 통해 저가형 배터리를 원하는 기업들을 공략하겠다는 방침이죠. SK온 역시 LFP 배터리 개발을 포함해 다양한 계획을 검토하고 있고요. 삼성SDI는 망간 비중을 높인 배터리를 개발하며 가격경쟁력이 높은 제품을 내놓기 위해 노력하고 있습니다.