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1 산업분석 2 차전지산업 Sector Report 2 차전지산업 리튬이온전지의질적변화에주목 스몰캡 Senior Analyst 김상구 2) sangku@kiwoom.com 국내 2차전지산업은리튬이온전지위주로편성되어있으며, 28 년 7억 4천만셀, 29 년 9억1천만셀로 23%YoY 성장할전망이다. 지난해양극활물질수입대체에이어양극활물질전구체국산화가임박해있으며 LIB 보호회로역시국내업체의선전이예상된다. 특히 HEV 및 LIB 증산에따른코발트수요증가로다성분계양극활물질채택비중은더욱확대될것으로전망된다. 노트북 PC, 전동공구, 모바일기기용 LIB 시장이 9 년성장견인할것글로벌경기침체로인해전체휴대폰시장이역성장하고있음에도불구하고국내리튬이온전지업체는 1) 글로벌시장점유율증가, 2) 전동공구및모바일기기의수요확대, 3) 노트북 PC 시장확대로국내 LIB 생산량은 23%YoY 성장할것으로예상된다. 반면, 글로벌 LIB 생산량증가율은 6% YoY 에그칠것으로전망된다. HEV 보급확대에따른코발트수요증가 다성분계양극활물질채택비중확대 HEV 시장은올해 11 만대로 1%YoY 증가할것으로예상되고이같은고성장세는장기간지속될전망이다. 한편 HEV 의핵심이되는니켈수소전지 (NiMH) 와리튬이온전지 (LIB) 의코발트소요량은현재전체코발트시장의약 3% 를차지하는데동시장의고성장세로코발트수요는크게증가할것으로추정된다. 반면, 콩고정국변화로코발트공급증가는제한적인상황이고수요에대해구조적으로비탄력적이기때문에코발트가격의상대적강세는지속될전망이다. 따라서코발트사용을효율화한다성분계원료의채용이확대될것으로예상한다. 국내 LIB 산업은본격적성장기에진입 : 8 년양적성장에서 9 년에는질적성장으로 국내리튬이온전지의양적성장에이어양극재료, 보호회로및 battery management system 등의분야에서 LIB 산업의질적성장이가시화될것으로전망한다. 또한 HEV 의확산이본격화될경우희토류금속의제한적공급으로인해 NiMH 의대체제로지목받고있는 LIB 의채용이확대될것으로예상된다. 국내 LIB 시장은장기성장국면초입에진입한것으로판단된다. LIB 부품업체중 에코프로 와 파워로직스 를유망종목으로제시한다. 리튬이온전지산업 田中化學 ( 니켈계 ) Toda Kogyo( 니켈계 ) 國泰華榮 (LCO) 외중국社 에코프로 (NCM) Umicore(LCO) 田中化學 Toda Kogyo Nichia(LCO) AGC seimi(lco) 엘앤에프 (LCO) 삼성 SDI LG 화학 Sanyo 코발트, 니켈망간 양극활물질전구체 양극활물질 활물질 + 도전체 + 결합체 + 용매 리튬이온배터리 9 년국내소비 12, 톤 / 년 리튬 소성 혼합교반 보호회로 9년국내소비 12,톤 / 년 9 년국내생산 9.1 억셀 /3 조원 자료 : 각사, IIT, 키움증권리서치센터 당사는 5 월 27 일현재상기에언급된종목들의발행주식을 1% 이상보유하고있지않습니다. 당사는동자료를기관투자가또는제 3 자에게사전제공한사실이없습니다. 동자료의금융투자분석사는자료작성일현재동자료상에언급된기업들의금융투자상품및권리를보유하고있지않습니다. 동자료에게시된내용들은본인의의견을정확하게반영하고있으며, 외부의부당한압력이나간섭없이작성되었음을확인합니다.

2 Contents I. Summary 차전지산업 outlook 3 2. HEV가리튬이온전지산업에미치는영향 4 3. 코발트가격상승요인 5 II. 리튬이온전지 Check Point 차전지 Overview 년 LIB 생산 차전지 bottle neck, 란타늄, 코발트 1 III. 하이브리드자동차 Why HEV? 니켈수소전지 차전지외고려사항 16 IV. 2차전지의이해 전지의메커니즘, 종류 대표적인 2차전지 HEV용유사경쟁기술 25 기업분석 27 2

3 I. Summary 1. 2 차전지산업 outlook 리튬이온전지부품업종에대한투자매력이증가하고있다. 글로벌경기위축불구국내 LIB 23% 성장 세계경제의위축과함께리튬이온전지성장세가약화될것으로예상한다. 수요의 45% 를차지하는휴대폰산업과 3% 를차지하는노트북컴퓨터시장이 9년각각 -7%YoY, 4%YoY( 보조LIB 포함시13%) 성장할것으로추정된다. 반면전동공구용 LIB가 6% YoY 의대폭적인성장을보일전망이며글로벌 LIB 공급물량은 8년 34억8 천만셀에서 9년 37억셀로 9년글로벌 LIB 시장은약 6%YoY 의성장할것으로예상한다. 국내 LIB 업체들은 8년약 7.4억셀을공급하였고 9년약 9.1억셀을공급하여글로벌평균을웃도는약 23%YoY 성장을보일것으로전망한다. 1분기국내리튬이온전지생산량은약 1억7 천만셀로전년동기 1억8 천만셀대비약간감소하였으나, 시장점유율은다소증가하였다. 물량측면에서도 IT업체재고소진에따른수요증가로 3월부터는지난해보다물량이증가하고있다. 양극재료물질 23% 성장 지난해부터본격적인공급을시작한국내다성분계양극활물질업체의양산설비증설이진행되고있어원재료국산화비중이높아질것으로전망한다. 엘앤에프는자회사포함 1기의라인을구축하여 LCO기준 6톤 / 월양극활물질생산capa를확보하였다. 에코프로는 NCA기준 3 톤 / 월생산설비와함께 NCM전구체 1톤 / 월양산설비를 2분기증설완료및 7월납품예정이다. 국내업체공급능력증가에따라안정적원자재공급및해외수출을기대하고있다. 9년국내 LIB 제조에필요한양극활물질은약 11,6톤으로지난해보다약 23% 증가할것으로예상한다. 양극활물질 ( 단위 : 톤 ) 한국 5,562 7,678 9,41 11,654 세계 31,395 37,753 46,441 49,215 자료 : IIT, 키움증권 다성분계양극활물질사용확대예상 현재국내양극활물질의 8% 를차지하는 LCO(LiCoO2) 계열의양극활물질은고가의코발트를주원료로사용하고있다. 반면다성분계양극활물질은 Li(NiCo Mn)O2, Li(NiCoAl)O2 등코발트를대신하여니켈, 망간, 알루미늄등비교적풍부하고저렴한원료로대체하여 LCO계열보다상대적으로저렴하다. 이에따라 LIB업체의다성분계양극활물질사용확대를예상한다. 리튬이온전지생산및성장전망 국내월별리튬이온전지생산현황 ( 백만셀 ) 5, 4, 3, 한국 글로벌 (% ) , 4 1, (E) 21(E) 자료 : IIT, 각사자료, 키움증권리서치센터자료 : IIT, 8 년 / 9 년무역통계자료 calibration, 키움증권리터치센터 (M 셀 ) 3

4 2. HEV 가리튬이온전지산업에미치는영향 9 년 HEV 영향미미 9 년 HEV 공급은 11 만대로전망한다. 이는작년 51 만대에비하여 1% 이상증가한수치이다. 자동차생산및 HEV 생산 ( 단위천대 ) E 21E Auto-WW 69,498 66,95 63,486 67,598 Hybrid WW 자료 : US Dep. Of Energy 그러나올해자동차생산의 1.7% 를차지하는대부분의 HEV는니켈수소전지 (NiMH) 를사용하고있으며, 9년 LIB를채용한 HEV 생산은현대, 기아의약 1만대, 벤츠 S class Hybrid 등소량에머물전망이다. 따라서 9년 HEV 확대가 LIB시장에미치는직접적인영향은미미할것이다. 향후 212년경 LIB를장착한 HEV가 1만대, LIB 5억8 천만셀수준으로증가할것으로예상한다. HEV의확대는향후 2년후부터 LIB시장에의미있는영향을미칠것으로전망한다. LIB / NiMH 공통원료코발트 HEV용니켈수소전지는용량은다소작지만평탄한출력전압, 높은출력특성, 넓은작동온도범위등의특성이우수한란타늄과코발트를사용한 AB5 계열이사용되고있다. 따라서 HEV 용전지수요확대로인해코발트, 란타늄수요증가가예상된다. 9년 HEV와관련된코발트수요는약4톤의, 8년글로벌코발트생산량의 6% 에해당하는분량이며란타늄은약 8톤, 일본희토류수입의 3% 수준이다. 2차전지용코발트수요전체생산 3% 이상 코발트는지난해 7만2 천톤이생산되었으며전체생산량의 25% 가 2차전지산업에직접공급되었으며코발트화합물형태로공급된양을포함하면전체생산량의 3% 이상이리튬이온전지와니켈수소전지의생산에소비되고있다. 9년 LIB / HEV용코발트증가수요 7% 28년하반기경기침체의여파로코발트, 니켈, 리튬등금속원료가격하락추세가진행되었다. 코발트가격은 8년중반 ~48$/lb에서 8년말 ~13$/lb로대폭하락하였다. 이가격하락의여파로채광및제련규모도크게줄어든상태이다. 그러나 9년 LIB 용코발트수요증가및 NiMH 용코발트수요증가는약 5 톤으로지난해코발트생산량의 7% 수준으로, 제한된코발트수급에상당한영향을끼칠것으로보인다. 또한코발트공급의 5% 를차지하는콩고정국안정역시코발트가격상승을압박요인으로작용할것으로보인다. 세계 XHEV 생산 XHEV 용 LIB 공급추정 ( 천대 ) 5, 4, LIB NiMH (M셀) 5, 4, LIB XHEV 3, 3, 2, 2, 1, 1, 자료 : DOE, Heidge, IIT, 키움증권리서치센터종합 자료 : IIT, HEIDGE 28, 키움증권리서치센터 4

5 3. 코발트가격상승요인 LIB 핵심, 코발트배터리재료로사용되는주요금속원료는다음과같다. 2 차전지용금속원료요약 리튬 코발트 니켈 망간 희토류 (REO) 채광량 ( 톤 ) 27,4 72, 1,61, 14, 3, 매장량 ( 톤 ) 11,, 13,, 15,, 5,2, 6,, 2차전지소비 ( 톤 ) 3,5 25, 3, 1,(1차전지 ) 1, 가격 ( 톤 ) ~8,$( 탄산리튬 ) ~3,$ ~11,$ ~3,5$ ~8,$ 자료 : 미국지질조사, 각사, 키움증권리서치센터 금속원료중가장고가이며현재전지산업소비비율이가장높은원료는리튬이온전지의경우는코발트이며 NiMH의경우희토류 ( 란타늄 ) 이다. 코발트가격하락에따른생산감소 코발트의가격은지난해중반 5$/lb에이렀으나경기침체의여파로지난해말제련을포함한생산원가수준인 15$/lb이하로떨어졌으며이로인해많은제련업체와채광업체의조업및생산이줄어든상태이다. 년간 8톤의코발트를생산하는영국계 Camec(Cental African Mining & Exploration Co.) 사는코발트가격의하락으로생산을중단한상태이며, 콩고 Gecamine사의발표에의하면콩고 Katanga 지역의절반가량이코발트및구리가격의폭락으로생산이중단된상태이다. 현재 Katanga 지역의수출은상당부분이재고에의지하고있는상태이며재고량도많이줄어든상태다. 또한카메룬 (Geovic사), 마다가스카르 (Sherritt 사 ) 등지에서진행되는코발트광산개발프로젝트도모두중단된상태이다. 콩고정국안정에따른정부의통제강화예상 중앙아프리카에위치한콩고는 196년독립이후주위국가와여러종족이얽힌복잡하고끈임없는내란과내전이발생하고있는지역이다. 그간코발트가격은주생산국인콩고의정국안정및내전의확산에따라영향을받았다. 내전이악화되면정부군과반군측의군자금확보를위해생산이증가, 가격이하락하고정국이안정되면국가주도의생산과수출로가격이상승하는패턴을보이고있다. 1999년과 24년의코발트가격상승은 2차내전인 Ituri분쟁과 Kivu 분쟁이안정된후진행되었다. 근래에는후투족과투치족사이의분쟁을겪고있으며현재 3차내전은지난 1월투치족 Nkunda 장군의체포로진정국면으로진입하고있다. 정국의안정에따라자원생산과수출이정부주도하에보다체계적으로이루어질것으로예상되고있다. 원유가격 vs 코발트가격코발트채광량 ( 톤 ) ($/bbl) 15 WTI ($/lb) 6 Co '99/1 '/1 '1/1 '2/1 '3/1 '4/1 '5/1 '6/1 '7/1 '8/1 '9/1 자료 : 블룸버그, 키움증권리터치센터 27 28e 콩고 25,3 32, 카나다 8,3 8,3 잠비아 7,6 7,8 호주 5,9 6,3 러시아 6,3 5,8 쿠바 3,8 3,9 중국 2, 2, 모로코 1,5 1,6 브라질 1,4 1,2 뉴칼레도니아 1,6 1, 기타 1,9 1,9 Total 65,5 71,8 자료 : 28 미국지질조사자료 5

6 코발트가격상승예상 전세계공급량의절반을공급하고있는콩고의공급량변화는코발트가격에직접적인영향을미친다. 즉내전시군자금확보를위한무분별한생산은공급과잉및가격하락으로이어진다. 정국의안정에따라자원생산과수출이보다체계적으로이루어지며이에따라코발트가격상승의압력으로작용할것으로예상한다. 올해코발트가격은 2월말 1.95$/lb 에서 5월말 13.95$/lb로 27% 의상승세를보이고있다. 코발트가격의폭락으로인한생산감소및콩고정국을고려하면추가적인가격상승이예상된다. HEV, 전자산업지속을위해서는다성분계전환예상 제한된원료공급아래에서성장하고있는휴대용전자기기시장과 HEV시장을지탱하기위해서는코발트사용을줄이고보다풍부하고저렴한원료를사용한다성분계양극활물질사용확대는피할수없는추세이다. 양극물질별특성비교 양극물질 Capacity(mAh/g) 전압 (Volt) specific energy(wh/kg) Energy Density(WH/l) LiCoO Li(NiCoAl)O Li(NiCoMn)O LiMnO LiFePO 자료 : Argonne National Laboratory Umicore 의자료에의하며 LCO계열의사용비중은 25년 9%, 28년 73%, 212년 36% 로감소할것으로예상하며, 212년 NCM계열은 34%, NCA계열은 1% 로성장할것으로예상하고있다. 또한코발트를사용하지않는 LiMnO2계열은일본은 NEC Tokin사에서양산중이며, LiFePO4계열도활발히연구중에있다. 종합하면 1) 국내 LIB 생산 23% 증가및전지업체의원재료단가인하압력, 2) HEV용코발트수요증가, 3) 코발트가격상승압력에대처하는방법으로코발트사용을효율화한방향으로변화할것으로예상한다. 이는다성분계양극활물질의사용을가속화할것으로예상되며, 29년말에는다성분계양극활물질비중이약 5% 로증가할것으로추정된다. 장기적으로는 HEV용수요증가로 LIB시장과관련산업의꾸준한성장을예상한다. 6

7 II. 리튬이온전지 Check Point 1. 2 차전지 Overview 2차전지주도하는 LIB 경량, 고용량, 고전압모바일 IT 적합 2차전지는납축전지, NiCd( 니카드 ), NiMH( 니켈수소전지 ), 리튬이온전지 ( 리튬이온폴리머전지포함 ) 가 28년기준각각, 14조 (59%), 1조 (4%), 1.9조 (8%), 7조 (39%), 총24조의시장을이루고있다 ( 후지경제, IIT참조 ). 납축전지는다량의황산전해액을포함하고있으며소형화가힘들어 IT 및전자기기에는적합하지않다. NiCd, NiMH, LIB는그크기와용도가유사하다. LIB는물량기준으로는 24년이후, 총액기준으로는이미 1998년을기점으로 NiCd( 니카드 ), NiMH( 니켈수소전지 ) 를능가하여모바일기기용 2차전지시장을주도하고있다. 대표전지용량및가격 납축전지 NiMH LIB(1865) 노트북배터리 Tesla Motor 12V, 6Ah(72Wh), 15Kg 21.6V, 6.5Ah(131Wh) 1865 *6 ea 6831개 cell 3.7V, 2.4Wh, ~47g 29.1Kg 1.8V, 5.2Ah 62Wh, 375V, 53KWh, 45Kg 2 cc급차량 24 prius AA size 6셀기준 Tesla Roadstar ~6만원 ~$3, * 3~5원 ~12만원 ~$36, * 주 : * 배터리교환가격 LIB 전자산업최적경량, 고압, 고용량 LIB는리튬이라는원재료의특성상매우가볍다. 납과비교할경우리튬의밀도는 1/2에지나지않으며무게대비용량이우수하다. 또한 cell 당전압이 3.6V 내외로 NiCd 나 NiMH 의 1.2V 보다 3배이상크다. 즉 3개의배터리를하나의 LIB cell로대체할수있어휴대형전자기기제조에매우유용하여전자산업에널리사용되고있다. 리튬이온전지 9년 37억셀공급 28년글로벌 LIB 시장규모는 34억셀이며, 29년은 37억셀로증가할전망이다. 점유율은 Sanyo, 삼성SDI, Sony, BYD, LG화학순으로전체의약 7% 를공급하고있다. 국내 LIB 공급은전체의 2~25% 수준으로지난해 7억4 천만셀공급하였고올해는 9억1 천만셀공급을예상하고있다. 2 차전지시장규모 ( 금액기준 ) ( 단위 : 조 ) 주요 LIB 업체생산규모 ( 단위 : 백만셀 ) 2 차전지 LIB NiMH NiCd 납축전지 Total 자료 : 후지경제, IIT, 키움증권리서치센터 Shipment Sanyo Sony SDI BYD LGC Total 1,83 2,35 2,84 3,485 3,72 자료 : IIT, 키움증권추정 7

8 2. 9 년 LIB 생산 LIB application 휴대폰, 노트북 매년공급되는 12억대의휴대폰은리튬이온전지의가장큰시장이다. 28년기준약 15억cell, 전체의 43% 가휴대폰산업에소비되고있다. 올해휴대폰기준 -7%YoY 역성장이예상된다. ( 휴대폰배터리기준 -6%YoY, 한국과중국일부지역은휴대폰당 2개의배터리가공급되고나머지지역은한개의배터리가제공되고있다.) LIB 두번째시장은노트북컴퓨터시장이다. 8년 1억43만대의노트북컴퓨터가판매되었으며 9년은 4%YoY 성장한 1억 5천만대노트북컴퓨터가판매될것으로예상한다. 노트북형태에따라 3~8개의셀을소비하고있다. 특히올해에는배터리교체수요가증가할것으로예상한다. 9년은노트북컴퓨터용 LIB시장비중증가로약 13%YoY 의성장이예상된다. 휴대폰출하 컴퓨터출하 ( 백만대 ) 1,6 1,4 1,2 1, E 21E 211E ( 백만대 ) 노트북 데스크탑 E 21E 자료 : 키움증권리서치센터 자료 : Gartner, 키움증권리서치센터 모바일기기및전동공구시장확대예상 디지털카메라가약 4%, 휴대용전동공구가 8% 를차지하고있으며전동공구시장은 NiCd에서점차 LIB로이동하고있다. 휴대용전동공구용 LIB는올해 3억1 천만 cell, 58% 의성장을예상하고있는시장이다. Appl 별 LIB 수요 (E) NBPC Cellular PT DSC CAM DMP Game Others Total 자료 : IIT, 키움증권리서치센터 HEV 성장 올해 HEV 시장은작년에비하여 2배이상의비약적성장이예상되지만 LIB시장확대와는다소거리가있다. 대부분의일본업체가현재 NiMH를채용하고있으며, LIB를사용하여 HEV에진입할벤츠, 현대 / 기아등의 HEV 공급량이미미한수준이기때문이다. 하반기 1만대의국산 HEV 생산이예정되어있으며이에필요한 LIB는대략 54만 cell( 프리우스급용량으로가정 ), 9년국내 LIB 생산량의.5% 규모이다. 8

9 그러나하이브리드의성장은확정적이다. 미국의연비규제, 유럽연합의배출가스규제등의각종규제및화석연료의감소로인하여여러가지방안이모색되고있다. 연료전지, 바이오연로등이여러기술중에서현재하이브리드자동차를제외한기술들은연료의대량생산, 기술의진보필요한상태이다. 따라서새로운획기적인기술이개발되기전까지는당분간하이브리드자동차의지속적인성장을예상한다. 28년 5만대수준에서 215년 4~5백만대수준으로 1배의성장을예상한다. 세계 HEV 생산 XHEV 용 LIB 공급추정 ( 천대 ) 4,5 4, LIB (M 셀 ) 4,5 4, LIB XHEV 3,5 NiMH 3,5 3, 3, 2,5 2,5 2, 2, 1,5 1,5 1, 1, 자료 : DOE, Heidge, IIT, 키움증권리서치센터종합 자료 : IIT, HEIDGE 28, 키움증권리서치센터 향후 HEV가 LIB 성장견인 하이브리드자동차는탑재된 2차전지및내연기관의용량에따라 HEV, PHEV 로구분된다. 전형적인 HEV는 1.5리터급엔진과 1.3KWh의 2차전지를탑재하고있으며 PHEV는 2차전지의용량은증가하고내연기관의용량은감소할것으로보인다. EV는내연기관없이전기의힘만으로주행한다. 하이브리드기술및전지기술의발전에따라전지용량이증가할것이다. 현재 HEV는안전성과관련하여 NiMH를사용하고있으나원료의제한으로인해 LIB의채용이불가피하다. 212년하이브리드자동차용 LIB는현재 LIB생산의 1/3을규모로성장이예상되며그이후 NiMH와시장을양분할것으로추정한다. 9

10 3. 2 차전지 bottle neck, 란타늄, 코발트 란타늄수급으로 NiMH 공급제한, 향후 HEV용 LIB 채용가속 NiMH 의주원료인란타늄의 9% 를공급하고있는중국은지난해보다 2% 감소한 3만톤수출계획을발표하였다. 한편중국은희토류금속수출을점차적으로줄여나가고있는추세이다. 24년 48,4t, 25년 48,4t, 26년 45,752t, 27년 43,573t, 28년 37,189t, 29년 3,86t ( 출처 metal pages) 으로란타뮴을포함한희토류금속 ( 정확히말하면원료인 rare earth oxide, La2O3 등의산화물 ) 수출을통제하고있으며가격도가파르게상승중이다. 따라서일정수준이상의 NiMH 공급은불가능할것으로보인다. 희토류 3만톤은 NiMH 약 3백만대생산에필요한양이며, 실제중국이수출하는희토류는란타늄을포함한다른희토류를포함하고있어생산가능한 HEV 는이보다훨씬적을것이다. 이러한중국의희토류수출정책은 NiMH 공급을제한하여향후 HEV 용 LIB 채용을가속시킬것으로예상한다. 세계희토류매장량 ( 단위천톤, REO 기준 ) 발표자료 회수가능량 중국 43, 4,65 미국 13,? 인도 1,1 825 호주 5,2 577 브라질 19? 러시아 19,? 베트남 9,? 기타 1,36? 합계 1,769 6,52 자료 : BCC research 란타늄가격 ( 단위 : 천원 ) $/Kg Lathanum oxide 자료 : Metal pages 코발트 2차전지핵심원료 코발트는지난해 7만2 천톤이생산되었으며 2차전지산업에직접공급된물량과황산화합물등코발트화합물형태로공급된양을포함하면 3% 에이를것으로추정한다. 배터리폐기물수집이권장되고있으나대형전지에비하여소형폐전지의회수율은 15% 수준으로보고되고있어 (12 th International Congress of Battery Recycling) 회수량은많지않은것으로추정된다. 코발트가격하락에따른공급감소 코발트는 2차전지이외제트엔진, 산업용가스터빈및초경합금, 염료의원료로사용된다. 28년경기침체의여파로 2차전지, 항공산업, 초경합금수요감소로코발트가격이생산원가인 15$/lb로하락한상황으로채광및제련이급감한상태이다. 년간 8톤의코발트를생산하는영국계 Camec(Cental African Mining & Exploration Co.) 사는코발트가격의하락으로생산을중단한상태이며, 콩고 Gecamine사의발표에의하면콩고 Katanga 지역의절반가량이코발트및구리가격의폭락으로생산이중단된상태이다. 현재 Katanga 지역의수출은상당부분이재고에의지하고있는상태이며재고량도많이줄어든상태다. 또한지난해코발트가격상승으로카메룬, 마다가스카르등지에서진행중이었던코발트광산개발프로젝트들도중단된상태다. 1

11 코발트응용분야 (27 기준 ) 코발트국가별채광량및매장량 ( 단위 : 톤 ) cobalt market 27 자료 : 미국지질조사자료, 키움증권리서치센터 Alloy magnets hard material compounds battery colors others 채광량 (28e) 매장량 콩고 32, 콩고 4,7, 카나다 8,3 쿠바 1,8, 잠비아 7,8 호주 1,8, 호주 6,3 미국 86, 러시아 5,8 뉴칼레도니아 86, 쿠바 3,9 잠비아 68, 중국 2, 중국 47, 모로코 1,6 카나다 35, 브라질 1,2 러시아 35, 뉴칼레도니아 1, 브라질 4, 기타 1,9 기타 1,1, Total 71,8 Total 13,, 자료 : 미국지질조사자료, 키움증권리서치센터 코발트가격상승예상 금속거래업체에따르면현재코발트재고감소속도와채광과제련에소요되는기간을고려할때코발트가격회복이되어도단기적으로는수급상황이나빠질가능성을내포하고있다고분석한다. 코발트는세계생산량의절반정도가아프리카중부에편중되어있으며최대산지인콩고의정국에따라큰변동성을보이고있다. 196년대벨기에에서독립한콩고를중심으로한아프리카중부지역은콩고, 짐바브웨, 잠비아, 르완다, 우간다등여러국가및부족들간의독립운동, 혁명, 반란, 내전등으로수십년간매우불안한정치상황이지속되고있다. 고가의코발트, 탄탈늄등천연자원은정부군과군벌들의자금원의역할을해오고있어내전이확산되어군자금확충을위해생산이증가하면코발트가격이하락하고정국이안정되어정부가수출을주도하면가격이상승하는과정을반복하고양상을보이고있다. 29년 1월투치족반군지도자인 Nkunda 장군이체포되면서정국이안정화되면서코발트가격은 2월말 1.95$/lb 에서 5월 13.95$/lb로 27% 의상승이이어지고있다. 콩고정국을장기적으로예측하기는힘들지만당분간코발트가격강세가예상되고있다. 11

12 III. 하이브리드자동차 1. Why HEV? 자동차운행에필요한출력도심 2KW, 교외 4KW 자동차의운행시필요한에너지를살펴보면예상외로적은출력으로일상적인주행이가능하다. 아래자료는영국도심의출퇴근시평균적인주행자료이다. 승용차기준으로평균 2분주행을가정하였다. 위쪽은속력을아랫쪽은필요한출력을표시하였다. 도심지역에서는대략 2KW( 약 27마력 ) 의출력이가속시 1분미만간헐적으로필요하고, 정체및신호등이없는교외혹은고속도로지역에서는 4KW내외의출력이필요하다. 즉내연기관에서나오는에너지와배터리에서공급되는출력의합이 2KW 혹은 4KW 수준으로 1 분간지속되면 5Km/h, 1Km/h 대의일상적인주행이가능하다. 자동차주행시속도, power 분석 자료 : DIMEC, I. Arsie : ICAT26 12

13 잉여에너지, 제동에너지를 2차전지에저장 / 재사용으로연비 2배이상개선 정차시혹은정속주행시내연기관에서발생하는잉여의에너지는 2차전지에충전되고필요한시점에재사용하면연비가획기적으로개선된다. 하이브리드차량과내연기관차량의에너지분석 내연기관차량 Idle 17.2 Accessories 2.2 Brake Recovery Energy in Reformer Engine Drive Train Wheals Rolling and Air resistance 6.8 Reformer loss 62.4 Engine loss 5.6 Drive train loss 5.6 Braking loss HEV Idle Accessories Brake Recovery 2.9 Energy in Reformer Engine Drive Train Wheals Rolling and Air resistance 6.8 Reformer loss 29.5 Engine loss 5.6 Drive train loss 2.9 Braking loss 자료 : 사이언스 , pp 974 Nurettin 외 2명의탑승자가있을경우일반내연기관차량과프리우스, 인사이트하이브리드차량을비교한경우연비가 2배이상정도개선되는것으로보고되고있다. 내연기관차량과하이브리드차량의연비분석 내연기관차량 프리우스 인사이트 무게 (Kg) Power(KW) 연비 (MPG) 회생제동 41% 38% 자료 : 사이언스 , pp 974 Nurettin 외 HEV 보급 9년 11만대 28년세계적으로 51만대의 HEV가보급되었다. 전체자동차시장에비하면.8% 로미미한규모지만각국의규제사항, 화석연료고갈등을고려할때시장이확대될수밖에없는상황이다. 올해초도요타와혼다가공격적인가격으로 HEV시장을공략하고있다. Prius( 판가25만엔 ) 5만대, Insight ( 판가 189만엔 ) 2만대등총 11만대의 HEV가보급될것으로예상한다. 13

14 U. S. HEV Sales Honda Insight Toyota Prius Honda Civic Ford Escape Honda Accord Lex us RX4h Toyota Highlander Mercury Mariner Lex us GS 45h Toyota Camry Nissan Altima Saturn Vue Lex us LS6hL Saturn Aura Chevy Tahoe GMC Yukon Chevy Malibu Cadillac Escalade Chrysler Aspen 자료 : US Dep. Energy 28 data 미국에서판매되는 Prius, Camry, Civic, Altima, Ford Escape 는현재니켈수소전지를하이브리드용 2차전지로사용하고있다. 올해하반기벤츠 S-4, 현대아반테, 기아포르테등리튬이온전지를사용한상용하이브리드자동차판매가시작될예정이다. 212년 LIB를사용한 HEV는 1만대에이를것으로예상한다. HEV 보급추이 2 차전지별 HEV 보급전망 ( 천대 ) ( 천대 ) 4,5 4, 3,5 XHEV 2,5 2, NiMH LIB 3, 2,5 1,5 2, 1,5 1, 1, 자료 : HEIDGE, US Dep. of Energy 자료 : HEIDGE, 키움증권리서치센터 14

15 2. 니켈수소전지 수소저장합금을사용한 NiMH 안전성, 넓은작동온도, 고출력 까다로운안전성을요구하는 HEV는 NiMH을 2차전지로사용하고있다. 니켈수소전지는니카드전지의 Ni( 니켈수산화물 ) 양극을그대로사용하고음극을 MH(Metal Hydride) 로대체한전지이다. 순간적으로고출력이필요하고, 넓은작동온도범위, 장기간사용하는용도에적합하며폭발, 발화의위험성이적다. 음극으로사용하는수소저장합금 (MH) 이란수소와가역적으로반응하여금속수소화물을형성하는금속화합물로수소를고상반응에의해흡수하기때문에안전하며대량의수소를저장할수있다. 음극용 MH재료는일반적으로 A-type 원소 (hydride forming element) 와 B-type원소 ( 전이원소 ) 가결합되어있다. A-type 원소는수소와의친화력이매우높은원소이며, B-type원소는수소와의친화력은낮으나합금의동역학적특성을제어할수있는천이금속들이사용된다. 용량은 AB2계열에비하여다소작지만평탄전압, 높은출력특성등의특성이우수한란타늄과코발트를사용한 AB5 계열이 HEV용으로널리사용되고있다. 하이브리드차량에사용되는여러전지의비교 Prius 24 Ford Escape High lander Insight Altima Tesla S-4 Hybrid Volt ( 예상 ) Type NiMH NiMH NiMH NiMH NiMH LIB LIB LIP 전압 21.6V 3V 288V 144V 244.8V 375V 24V 전류 6.5Ah 6Ah 6.5Ah 용량 131Wh 18Wh 93Wh 53KWh 7Wh 16KWh 무게 29.1Kg 92Kg 69Kg 32.5Kg 45Kg 2Kg 3$ 파나소닉 Sanyo JCI-saft LGC 자료 : 각사자료, 키움리서치센터 원래니켈수소전지는 198년대미국의세브론의합자회사인 Eenrgy Conversion Device (Ovonic) 사에서개발되었으나미국내원료매장량이극히적은관계로양산은금속제련기술과관련물질을확보한일본및중국기업에서이루어지고있다. 공급가능한희토류전체규모는 6백만톤으로코발트매장량의절반에도못미친다. 향후란타늄이 HEV용니켈수소전지공급의병목으로작용할것으로추정되며부족한하이브리드용 2차전지의공급을리튬이온전지가대체할것으로예상한다. Tesla 용리튬이온전지가격 36,$ PHEV, EV 2차전지가격이관건 PHEV(Plug in Hybrid Vehicle) 는 HEV보다 4배이상의대용량의 2차전지를탑재하여일반전원으로전지를충전하여내연기관의비중을줄인차량으로개념면에서는 HEV와유사하다. EV(Electric Vehicle) 은내연기관없이 2차전지만으로주행하는차량으로 HEV보다 5배큰 2차전지를사용한다. 시판중인 Tesla 의리튬이온전지가격은약 36,$ 로일반승용차가격에해당한다. 자동차업체들은현재사용하는 NiMH, LIB보다풍부한원료를사용하는공기아연전지 ( 도요타 ), 연료전지 ( 혼다 ), 울트라캐퍼시터 ( 북미업체들 ) 등의개발을병행하고있다. 15

16 3. 2 차전지외고려사항 2차전지만큼중요한과급전류장치 연료의공급량으로출력이조절되는내연기관과는달리전지는출력을가변적으로조절하기쉽지않은메커니즘을가지고있다. 반면자동차운행시고출력은간헐적으로짧은시간만필요하다. HEV 의내연기관 / 배터리출력배분 자료 : National Renewable Energy Laboratory 26, ICAT 28 전지에서발생하는일정한전력을전류과급장치에단기간저장하였다가필요시간헐적으로다량공급할수있는장치를사용하면 2차전지의용량및무게를최소화할수있다. 짧은시간에많은전력을공급하는데는화학적메커니즘에기반한 2차전지보다전하를직접저장하는콘덴서의충방전메커니즘이유리하며콘덴서를사용하여과급전류장치를제작한다. 회생제동 기존차량에서제동과정은운동에너지를열에너지로변화시켜속도를감소시킨다. HEV에서는운동에너지중절반가량을전기에너지로변환가능하다. 회생제동을사용할경우회수할수있는에너지는대략운동에너지의 5% 정도이다. 제동은짧은시간에이루어지기때문에많은전력을짧은시간에저장할수있는장치가필요하다. 전류과급장치와마찬가지로콘덴서가이러한빠른충전특성에부합한다. BMS 과도한충전, 급격한방전등은 2차전지의특성을약화시키며전지의용량과수명을감소시킨다. 전지의수명을늘리기위해서는충전과방전을조절하고고가의 2차전지를전기적충격에서보호하는역할을하는 Battery management system이 2차전지와관련된중요한요소이다. 울트라캐퍼시터는콘덴서의일종으로과급전류공급, 회생제동에적합한충방전특성을가지며이러한대용량콘덴서를기반으로한 BMS가 HEV의중요한위치를차지하고있다. 전류과급장치도 BMS의한기능이라볼수있다. HEV 부품가격비중 (29 예상 ) 모터 11% BMS 4% 배터리 49% 자료 : Fuji Chimera Research Inst

17 IV. 2 차전지의이해 1. 전지의메커니즘, 종류 전지의기본원리이온화에너지차이에의한산화-환원반응및이과정에수반된전자이동 19세기초볼타가전지를발명한이래납축전지, 망간전지, 알카리전지, 리튬전지등많은종류의전지가개발되었고전기 / 전자공학의발전과함께고출력화, 경량화, 소형화신뢰성의향상등큰진보를이루어왔다. 화학전지의기본적인원리는화학반응에수반된전자의흐름이다. 이온화경향이상이한두금속간산화- 환원반응및이과정에서물질간이동하는전자의흐름을이용한다. 산화- 환원반응은마치구슬이높은곳에서낮은곳으로구르는것과유사하다. 이온화경향이큰금속은이온화경향이작은금속이온에전자를주고자신은산화된다. 반대로이온화경향이작은금속이온은금속으로환원된다. 이러한화학반응에수반된전자의이동이전지의기전력이된다. ( 이온화경향 : 원자또는분자가이온이되려고하는난이도를말하며, 쉽게이온화되는것을이온화경향이크며산화되기쉽다고말한다. 이온화경향이큰원소가그보다이온화경향이작은원소의이온과만나면이온화경향이큰원소가산화되고이온이었던원소는환원된다 ) 이온화에너지 (KJ/mol) 2,5 2, 1,5 1, 5 ( 원자번호 ) 자료 : 위키백과사전 전지의구성산화 / 환원전극이온이동통로전해질 전지의기본적인구성은서로다른이온화경향을가진두가지물질이전극이되며이온이동을도와주는전해질로구성되어있다. 두물질간의산화환원반응이충분히이루어지거나전해액이이온수송을할수없는상태가되면더이상의반응이발생하지않게되고기전력발생이중단된다. 전지금속재료의이온화경향 K - Ca - Na - Mg - Al - Zn - Fe - (H) - Cu - Ag - Au 쉽다 어렵다 낮다 강염기성을띤다 이온화하기환원되기안정성산화물은 어렵다 쉽다 높다 산화되기도어려움 17

18 물리전지인태양전지및우주선등에사용하는원자력전지는다른메커니즘으로작동하며이러한전지를제외한거의모든전지는두물질간이온화에너지차이에바탕으로한화학전지이다. 전지의분류 이온화경향의차이가전압의차이를결정하기때문에사용된양극과음극의소재에따라발생되는전압의차가결정되며이로인해망간건전지는 1.5V, 휴대폰에사용하는리튬이온전지는 3.6V로서로다른전압을가진전지가가능하게된다. 전지를구성한양극 / 음극 / 전해질의종류에따라분류한다. 또한충전 / 방전의가역성에따라서 1차전지 /2차전지로구별할수있다. 통상우리가건전지라부르는망간전지나알카라인전지, 수은전지는사용후원래상태로환원이되지않아재사용이불가능하다 (1차전지 ). 양극 / 음극 / 전해질의재료및화학반응에따라가역반응이가능하기도하다. 즉전극에전압을역으로인가하여양극및음극의산화환원반응이반대로일어날경우충전이가능하게된다. 이는사용한재료에따라선택적으로가능하며이경우가충전 / 방전이가능한 2차전지이다. 전지의분류 화학전지 물리전지 일차전지 이차전지 연료전지 태양전지 원자력전지 망간전지알카라인전지리튬전지 ( 단추형 ) 공기아연전지 납축전지니카드 (NiCd) 전지니켈수소 (NiMH) 전지리튬이온전지리튬폴리머전지 무인우주선등 18

19 2. 대표적인 2 차전지 납축전지과산화납을양극으로납을음극으로사용하고전해액은비중 1.2 의묽은황산을사용한다. 음극양극 Pb(solid) + HSO4-( 수용액 ) + H2 < PbSO4(solid) + H3O+( 수용액 ) + 2전자 PbO2(solid) + 3H3O+( 수용액 ) + HSO4-( 수용액 ) + 2전자 < PbSO4(solid) + 5H2O 방전이진행되면양극과음극이모두회백색의황산납으로변화하여반응속도가줄어들고부산물로물이생성되어전해액의농도가낮아지게된다. 단위셀당의기전력은 2V 이다. 니켈수소전지 양극활물질은니켈수산화물, 음극활물질은수소저장합금 ( 희토류금속인란타늄, 세리움, 네오듐등의금속수소화물 ), 전해핵은수산화칼륨을주성분으로하는알카리수용액을사용한전지이며단위셀당기전력은 1.3V이다. 니켈수조전지메커니즘 자료 : 세방전지 리튬이온전지 196년대에제안되었으나리튬음극의수명및안전성문제로상용화가지연되었다. 1993년소니에의하여상용화된리튬이온전지는그라파이트음극을사용하여안전성을높였다. 리튬이온전지는경량, 대용량, 우수한충 / 방전특성을가지고있다. 1) 메모리효과를가진니카드전지와는달리리튬전지는간헐적이고반복적인충전에도성능의감소없이사용할수있다. 2) 리튬은모든금속중가장가벼운금속으로이를사용한전지역시매우가볍고단위무게당에너지밀도는 16WH/kg으로납축전지의 6배니카드전지의 2배이다. 3) 기전력이 3.6V로커서니켈기반의전지 (NiCd 혹은 NiMH) 기전력 1.2V의 3배로소형화가능하다. 이러한우수한특성으로인해모바일제품의용도에최적이며광범위하게사용되고있다. 19

20 리튬이온전지메커니즘 전류 Discharging 양극 분리막 음극 리튬 M 산화물 graphite Li Li Li Li Li Li Li Li Li Li Li Li 전해액 Li 1-xCoO2 + Li xc6 C6 + LiCoO2 리튬이온전지의양극에는 Li 계금속 ( 니켈, 코발트또는망간 ) 산화물을음극에는탄소를사용하고전 해액으로는유기용매를사용한다. 리튬이온은전극사이를오갈뿐산화 / 환원되지않는다. 산화 / 환원에참여하는것은코발트이다. 리튬폴리머전지 리튬이온폴리머전지는리튬이온전지누액문제를해결하기위하여액상의전해질대신고체상태혹은겔상태의고분자전해질을사용하며양극과음극재료는동일하다. 활물질에따른리튬이온전지기전력 LIB 구조 전해액 양극합체 양극집전체 ( 알미늄 ) 분리막 음극합체 음극집전체 ( 구리 ) 2

21 집전체 방전시전기화학반응에의해생성된전자를모아외부회로에전달할수있도록한다. 또한충전시필요한전자를전지내부반응물질로공급하는역할을한다. 음극집전체로는구리박막을사용하고양극집전체로는알루미늄박막을사용한다. 음극 음극재료로는리튬이에너지저장측면에서 3.86 Ah/g의가장효율적이나리튬금속의격렬한반응성으로인해폭발등의안정성문제를가지고있어수명이짧은문제가있어상용화에는한계가있다. 리튬의이온화경향과유사한 LIC(Lithium Intercalated Carbon) 는용량면에서리튬보다작으나수명과안정성에서우수하다. LIC 재료로써는흑연이나탄소가이용된다. 음극활물질을전도성이우수하고전기화학반응에안정한도전체및결합재와혼합하여고체화하고구리박막집전체와결속시켜음극을형성한다 양극 양극에리튬화합물을사용하는것이보통이다. 양극재료는구조적으로이온이이동할수있는층상화합물또는 3차원구조의이온이동통로를가진재료를사용한다. 주로 Li을기본으로 Co, Ni, Mn, Al 등의산화화합물을사용한다. 안정성은 Mn > Co > Ni 순이며, 전기용량은반대의순서를가진다. 현재 LiCoO2가가장널리사용되고있으나코발트보다저렴한니켈, 망간, 알루미늄을사용한양극활물질인 NCA( 리튬, 니켈, 코발트, 알루미늄화합물 ), NCM ( 리튬, 니켈, 코발트망간화합물 ) 도점차확대추세이다. 음극과유사하게양극활물질을전도성이우수하고전기화학반응에안정한도전체및결합재와혼합하여고체화하고알루미늄박막집전체와결속시켜양극을형성한다 전해액 전해액은양극및음극에서리튬이온을운송하는매질의역할을하며유기용매에리튬염이용해된전해질을사용한다. 발화가능성이있음에도유기용매를사용하는이유는 LIB의높은전압에있다. LIB는통상 4 V 내외의기전력을갖는다. 이와같이높은전압에서는수용액이전기분해를일으키기때문에전해액으로서사용하는것이불가능하다. 이때문에높은전압에서견딜수있는전해액으로서유기용매 ( 비수전해액 ) 를사용한다. 비수전해액으로중요한용매는고유전율용매이다. 고유전율용매중에서는이온의해리도가크기때문에많은리튬이온이존재하는것이가능하다. 분리막 분리막은양극과음극이직접접촉하여물리적인단락이발생하지않도록분리하는박막이다. 양극과음극사이에 Li이온이이동할수있도록작은기공을가지고있는다공성박막이다. 리튬이온전지에서분리막은간단히양극, 음극을분리하는것만이아니라안정성향상에중요한역할을한다. 전지내부가비정상적인상태로온도가급격히상승할경우폭발이나발화의가능성이있다. 전지의내부온도가상승할경우박막의열가소성성분이녹아기공을폐쇄하면 Li이온의이동이중단되고더이상전류가흐르지않게되고온도상승이중지된다. 이를분리막의봉공또는셧다운이라고부르며분리막의매우중요한작용이다. 셧다운후에도어떤이유로전지온도의상승이계속되어막의내열온도를넘으면분리막이파괴되어버린다. 이것을분리막의브레이크다운또는파막이라고부르고이러한상황이되면양극부가단락를일으키기때문에위험하다. 따라서셧다운온도와브레이크다운온도의차가커야한다. LIB 내부안전장치보호회로안전변분리막 외부의충격으로인한전지의단락및비정상적인과충전과같은상황에서전지내부온도가상승하게되면전해액으로사용하는인화점이낮은유기용매및반응성이매우높은석출된리튬금속등으로인해급격한온도및압력의상승으로폭발의위험을가지고있어안전장치를필요로한다. 또한과방전에의해전압이 V부근까지도달하면음극의집전체인구리의용출이시작되어전지용량이급격히노화함으로과방전제어회로가필요하다. 21

22 리튬이온전지모듈은온도, 전압및전류를검출하여과충전, 과방전, 과전류및온도상승시전류를차단할수있도록전류검출회로및온도센서를가지고있다. 전지내부에는 PTC(positive temperature coefficient) 소자있어일정온도이상에서저항이급격히증가하여전류를차단하도록한다. 안전변 (safety vent) 은비정상적인내압상승시내부가스를외부로배출하도록한다. 리튬전지는내부에양극과음극의물리적접촉에의한전기적단락을방지하며리튬이온을전달할수있는다공성분리막을포함하고있다. 분리막은또한 shut down 기능을수행한다. 셧다운이란내부단락등전지내부에서열폭주가발생할경우고분자로구성된분리막이용용되어다공성기공을폐쇄함으로써리튬이온의이동을중지시키고전지의반응및발열을막는것을의미한다. LIB 특허 3M 캐소드구성물질관련특허보유, Sony, Pansonic, Sanyo, Lenovo, Hitachi 등이특허분쟁후합의를하였으나자세한특허및합의내용에대하여는기밀로하고있어정확한내용확인에어려움이있으나 Jeffrey Dahn 교수의캐소드물질관련특허로알려져있다. 권리자가 3M으로되있는 Dahn교수의특허내용은음극에리튬및니켈, 코발트, 망간의금속산화물을포함한전지를그내용으로하고있다. 반면 Sony등일본계회사들은양극물질, 전해질물질및분리막에관련된주요특허를보유하고있다. 24 미국등록현황 fuji, 6% canon, 5% bell communcation research, 4% Valence technology, 12% toshiba, 6% sony, 8% matsushita, 13% sanyo, 12% mitsbshi, 1% samsung, 4% molienergy limited, 4% motorola, 1% nec, 6% 자료 : 대한민국특허청 LIB 제작과정 양극활물질금속원료 (Li, Ni, Co, Mn 금속혹은화합물 ) 전구체물질형성 소성 양극활물질 [ 전구체합성법 ] 고상합성법 (solid state reaction): 원료분말혼합 하소공정 ( 유기물기화제거 ) 소결 ( 산화물생성 ) 졸 -겔합성법 (Sol-Gel process); 메탈-alkoxide 를이용한가수분해와액화반응으로산화물합성고상합성법보다입자가작고균일하며표면적이크다. [ 공침법 (co-precipitation)] 원료물질을함유한염화물, 질화물등을염기성의공침액내에서수산화물로침전시키고이것을하소하여산화물분말을제조하는방법 LiNixMny Co(1-x-y)O2 계열의활물질합성에유용하다 전극제조활물질, 도전체, 결합체, 용매를혼합 / 가공하여고체형태의극물질을제조하고금속전극과접착하여전극을제조한다. 분리막과함께두전극물질을감아용기에삽입한다. 22

23 리튬이온전지제작과정 Cell Manufacturing Pack Integration 전극제조 Cell 조립 Formation Pack 조립 Mixing 전극적층 Final cell Ass. 결선, 보호회로 Coating Case 봉입 Formation Pack 조립 Calendering 전해액주입 Final test Slitting Sealing 자료 : 키움증권리서치센터 2 차전지비교 전지용량 / 가격비교 납축전지 NiMH LIB(1865) 노트북배터리 Tesla Motor 12V, 6Ah(72Wh), 15Kg 21.6V, 6.5Ah(131Wh) 1865 *6 ea 6831 개 cell 3.7V, 2.4Wh, ~47g 29.1Kg 1.8V, 5.2Ah 62Wh, 375V, 53KWh, 45Kg 2 cc 급차량 24 prius AA size 6 셀기준 Tesla Roadstar ~6 만원 ~$3, ~5 원 ~12 만원 (BMS) ~$36, 2 차전지원재료 LIB 구성물질 리튬이온전지의주재료는리튬이지만원자량이작은금속으로무게비중은작은편이다. 대표적양극물질인 LiCoO 의경우전체무게의 6% 는코발트, 33% 는산소나머지 7% 가량이리튬이며, 코발트의재료비가가장크다 (LCO 기준 ). 대표적인다성분계인 LiNiMnCoO2의경우니켈, 망간, 코발트의비중에따라다르지만코발트의사용을 1/2이하또는그이하로줄이는게가능하다. 양극활물질인 LiCoO 1톤은셀 ~8만개를제작할수있는분량이다. 가격은금속가격에따라가변적이며 3~6만 $/ 톤, 국내양극물질소비량은 ~1톤 / 월수준이다. 리튬 리튬이온전지의주원료인리튬은원자번호 3번의부드러운은회색알카리금속이며비중이.534g/cc 로매우가볍고반응성이강한물질이다. 습기 / 물과폭발적으로반응하여취급이매우까다롭다. 강한반응성으로염소산염등의화합물로존재할수밖에없으며탄산염형태로가공된물질을리튬이온전지의재료로사용한다. 23

24 현재확인된경제성을갖춘매장량은대략 11 만톤정도이다. 콜롬비아 54 만톤, 칠레 3 만톤, 중국 11만톤, 브라질 91만톤등많은부분이남미에분포하고있으며현재년 2만7 천톤정도가생산되고있다. 28년리튬카보네이트가격은 ~$6,5/ton, LiOH 가격은 ~$7, 정도이다. 코발트 전이금속이며희토류로분류되는코발트는지구지각에 33번째로많은물질이나지각과심해에저농도로분포하고있다. 금속형태로는존재하지않고염기성암형태나혹은해저망간단괴의형태로넓게분포하고있어경제성있는광산은매우드물다. 확인된가채광량은대략 13만톤정도이다. 구리, 니켈의제련과정에서도부산물로얻어진다. 니켈의제련과정에서약 44% 가생산된다. 현재콩고 5% 잠비아 11% 를생산하고있으며일년에약 7만2 천톤 (28년기준) 정도생산되고있다. Li 매장량 ( 단위 : 톤 ) Co 매장량 ( 단위 : 톤 ) 볼리비아 5,4, 칠레 3,, 중국 1,1, 브라질 91, 미국 41, 카나다 36, 호주 22, 짐바브웨 27, Total 11,, 자료 : 미국지질조사자료 콩고 4,7, 쿠바 1,8, 호주 1,8, 미국 86, 뉴칼레도니아 86, 잠비아 68, 중국 47, 기타 1,84, Total 13,, 자료 : 미국지질조사자료 란탄늄 (NIMH전지재료 ) 란타늄은니켈수소전지에사용되는희토류금속으로코발트와화합물형태로수소를흡수하는기능을한다. 지각을구성하는물질중란타늄의비율은적이않지만저농도로넓은지역에분포하여경제성을갖춘채광은매우제한적이다. 란타늄인산염혹은불화탄산염형태로존재하며매장량이매우적으며대부분이중국에분포한다. 중국은희소금속에대한해외수출규모를 ~3만t 으로제한하고있으며매년줄이는추세여서수급이불안한상황이다. 니켈수소전지를사용하는 Prius 1대에대략 8Kg 정도의란타늄등의희토류금속이사용된다. 세계희토류매장량 ( 단위 : 천톤, REO 기준 ) 국명 발표자료 경제성보유량 회수율 (%) 순회수가능량 중국 43, 미국 13, 불명 인도 1, 호주 5, 브라질 19 불명 러시아 /CS 19, 불명 불명 불명 카나다 94 불명 남아공 39 불명 말레이지아 3 불명 베트남 9 불명 기타 9 불명 합계 자료 : BCC Research 24

25 3. HEV 용유사경쟁기술 3시간소요되는충전시간이걸림돌 향후 EV가보급될경우엄청난전지가격외, 3시간정도소요되는 2차전지충전시간및장거리주행의문제가해결되지않고있다. 주유소에서주유하듯 5분안내에에너지보급을쉽게할수있는방법에대한연구가여러방면으로진행되고있으며이중대표적인경쟁기슬은연료전지, 공기아연전지, 울트라캐퍼시터이다. 연료전지 일반적인화학전지는폐쇄된시스템내부에서산화- 환원반응이일어나는반면연료전지는산화제와환원제를연속적으로공급하고반응생성물은시스템외부로제거하는개방된구조를가지고있다. 수소연료전지가가장대표적인연료전지이며프로톤교환막을중심으로양쪽에서산소와수소가연속적으로공급되고산화- 환원반응이발생하면서기전력이발생한다. 화학전지에비하여비교적높은온도에서반응이일어난다. 동작온도가 3도정도인경우가저온형으로분류된다. 작동온도 ( 저온형 / 고온형 ), 전해질 ( 용융탄산염, 고체전해질, 인산전해질등 ), 사용연료 ( 메탄올, 메탄가스, 수소등 ), 촉매및교환막 ( 프로톤교환막, 프로톤전도성고분자교환막등 ) 의종류에따라여러종류로분류된다. 수소연료전지의경우이론적으로 1.48V의기전력발생이가능하나전류변화과정및반응에수반된열반응으로인해대략 5% 정도의효율일경우.7V이다. 연료전지메커니즘 자료 : US Dep. Of Energy 아연공기전지 아연공기전지기술은이미보청기, 군사용전원등에사용되고있는검증된기술이다. 양극활물질은공기중의산소이어서전지내부에양극물질을미리탑재할필요없이대기중에서인입하여사용한다. 즉전지내부에음극물질인아연만을탑재하며에너지밀도가높다. ( 이론치 19Wh/Kg) 산소는반응후수산화물이온이되기때문에전해질에는알카리수용액을사용한다. 리튬전지에사용되는유기용매가없어안정성이높다. 아연은중량당용량이크고, 수소를발생시키지않으며풍부하고염가인소재이다. 가역반응을통해충전이가능하지만방전후산화된아연을제거하고새로운아연을주입하는기계적인방법의충전에관심이집중되고있다. 25

26 공기아연전지메커니즘 자료 : NTT 통신에너지연구소 산화아연의제거및아연의주입은현재자동차주유와유사한형태로매우편리하며기존의인프라를활용가능하다. 회수된산화아연의재생은전문공장에서이루어진다. 즉 PHEV, EV사용자필요한대용량자가충전장치, 충전시간등의고민을해소하는기술이다. 도요타자동차에서차세대전지로연구중이다. 산소공급을위하여는이산화탄소를분리하여야하는데이를포집하면대기중 CO2를제거할수있는부수적인효과도있다. 울트라캐퍼시터 세라믹콘덴서의일종이다. 매우작은입자에유전율이매우큰티탄산바륨을코팅하여소성공정을통해공극을제거하고 breakdown voltage를증가시키면 2차전지급의충전용량을갖는캐퍼시터를얻게된다. 울트라케퍼시터 자료 : Zenn Motors, EEStor 미국의비상장회사인 EEstor를중심으로 Zenn 사의전기차를이용하여시험중이다. 에너지밀도가크며가격이납축전지의 1/2로예상되나부피가다소커질수있다. EEstor사에의하면 52KWh급 (Prius급의 4배, Tesla 전기차전지급 ) 캐퍼시터를대량생산시 2~3 천 $ 선에서공급할수있을것으로예상한다. (33리터, 15Kg, 31패럿, 35V, Tesla 전기차에서사용하는리튬이온전지의 1/3 무게이다 ) 또한 4~6분이면충전이가능하여현재 3시간이상이소요되는리튬이온전지에비하여빠른시간내에충전이가능하게된다. 유사경쟁기술비교 HEV 울트라캐퍼시터 연료전지 공기아연전지 에너지 내연기관 + 배터리 배터리 가스 배터리 에너지공급 주유 ( 수분 ) 충전 ( 수분 ) 가스 ( 수소 )/ 액상 충전 or 교환 기타이슈 전용충전소 수소스테이션 금속입자공급 대표연구업체 북미업체들 혼다 도요타 자료 : 키움증권리서치센터 26

27 기업분석 에코프로 (8652) 28 두개의성장엔진을장착한국내유일의다성분계전구체양산업체 Not Rated 파워로직스 (4731) 3 리튬이온전지보호회로글로벌선두기업 Not Rated 27

28 에코프로 (8652) 두개의성장엔진장착한국내유일의다성분계전구체양산업체 29 년국내 LIB 생산 23% 증가, 저가형다성분계양극활물질의채용비중확대진행중 NCM 계 LIB 양극활물질전구체양산설비 ( 총 18 톤 / 월 ) 3 분기가동및납품임박 대용량저온촉매식가스스크러버시장의진입및확대예상 N/R 주가 (5/27) 9,25원목표주가 N/A 경기침체에도물구국내 LIB 생산 23% YoY 성장예상, 9 년말 NCM 계채용확대전망 9년글로벌 LIB 시장은 6%YoY 성장이예상되는반면국내업체는총 9억1 천만셀을생산하여 23%YoY성장을예상한다. 현재고가의 LCO계양극활물질이 8% 이상사용되고있으며, 원료인전구체는전량외국계업체에서생산 / 수입되고있다. 코발트사용비중을낮춘저가격다성분계활물질의채용이점차증가하고있으며연말에는국내업체채용비율이 4% 에이를것으로예상한다. 코발트가격상승에따른 NCM 계확대예상 NCM계확대의근거는 1) 제한된코발트의생산 / 매장량, 2)HEV 성장에따른코발트수요확대, 3) 코발트수급및콩고정국안정에따른가격상승으로코발트사용을효율화하는방법만이확대된 2차전지산업 /HEV 산업을지속할수있기때문이다. NCM 전구체의성능특성은 LG화학의인증을마친상태이며 7월부터최소 4톤 / 월공급하기로계약된상태이다. 국내전구체소비량은 8년평균 7톤 / 월, 9년평균 96톤 / 월로예상한다. Stock Data KOSDAQ (5/27) pt 시가총액 649억원 52주주가동향 최고가 최저가 1,85원 2,713원 최고 / 최저가대비등락율 -14.7% 241.% 수익률 절대 상대 1M -7.5% -1.7% 6M 177.% 6.8% 1Y.7% 23.8% Company Data 발행주식수 7,2천주 일평균거래량 (3M) 258천주 외국인지분율.% 배당수익률 (8E).% BPS(8E) 3,447원 주요주주 이동채 17.4% 저온촉매식스크러버확대예상저온촉매식스크러버는고온소각방식에비하여초기시설비는많지만유지비용을절감할수있어향후시장확대가예상된다. 저온촉매기술은히타치와함께 2개사만이보유한기술로 LCD 뿐만아니라반도체및기타유해가스발생산업에응용할수있어향후성장잠재성큰분야이다. 투자지표 27 28E 29E 21E 매출액 ( 억원 ) 증감율 (%YoY) 영업이익 ( 억원 ) 증감율 (%YoY) EBITDA( 억원 ) 경상이익 ( 억원 ) 순이익 ( 억원 ) EPS( 원 ) ,43 증감율 (%YoY) PER( 배 ) PBR( 배 ) EV/EBITDA( 배 ) 영업이익률 (%) ROE(%) 순부채비율 (%)

29 9년 LIB 생산 23% 증가 29년리튬이온전지시장은가장큰시장인휴대폰의역성장에도불구하고 37억셀규모로 6%YoY 성장이예상되며국내 LIB 업체의세계시장점유율은 8년 7억4 천만셀 21% 에서 9년 9 억 1천만셀 25% 로확대될것으로예상한다. 전구체수요 116만톤 이에따라 LIB의원료인양극활물질및양극활물질전구체시장은약 23% 의성장을예상한다. 9년국내전구체수요량은월평균 96톤으로예상하고있으며 NCM 다성분계의비중은연말 4% 까지확대가예상된다. 양극활물질수요 Q 2Q 3Q 4Q 합 1Q 2QE 3QE 4QE 합 LIB 생산 (M 셀 ) 전구체수요 ( 톤 ) , ,638 P-MCN 국내생산량 (E) 자료 : IIT, 각사, 키움증권 NCM 전구체는 LCO 전구체대비코발트사용을 8% 줄이고대신저가의니켈과망간을사용하여원료비를절반으로줄일수있다. 대용량촉매식가스스크러버양산 현재불소계유해가스제거용으로사용하고있는가스스크러버는 13도의고열로유해가스를분해 / 제거하는방식이다. 고온유지를위한가스비용과고온으로인해발생하는질소산화물을제거하기위한추가적인시설이필요하다. 반면촉매식가스스크러버는 7도저온에서촉매기술을사용하여불소계유해가스를제거하는방식이다. 따라서가스비절감과함께질소산화물이생성되지않아추가적인시설이필요없다. 따라서초기시설비는증가하지만유지비용감소로인해고온식에비하여경제적이다. 이미소규모장비를통하여성능검증이완료되었고대용량장비를통하여실증실험이진행되고있어향후불소계유해가스기술로자리잡을것으로예상한다. 현재국내불소계유해가스제거장비는반도체및 LCD 팹 33개, 5CMM 기준으로약 13대규모이며글로벌시장은 5CMM기준 75대규모이다. 국내업체에서경제성이검증되면동사매출을크게성장시킬것으로예상한다. 국내 LIB 생산추정 반도체 LCD 불소계유해가스 (PFC) 시장 ( 백만셀 ) 5, 한국글로벌 3% 글로벌 국내 4, 3, 2, 한국비 25% 2% 15% 1% # of Fab 총유량 (m^3/min) , 5% PFC 스크러버 * % (E) 21(E) 시장규모 2 조 3 천억 자료 : IIT, 키움증권리서치센터 자료 : 에코프로 *5CMM 기준 29

30 파워로직스 (4731) 리튬이온전지보호회로글로벌선두기업 LIB 시장확대, 9 년 1 분기 5% YoY, 일본수출개시등성장세지속 PCB, POC, TSP 수직계열화로원가경쟁력확보, 향후 BMS 확대예상 외환관련손실축소예상 N/R 주가 (5/27) 7,15원목표주가 N/A 9 년 1분기 5% YoY 성장및일본업체수출시작동사는전세계리튬이온전지보호회로 (PCM) 의 25% 를공급하고있는업체이다. LIB 는과충전, 과전류에취약하며개별전지의수명및성능유지를위해보호회로를내장하고있다. 9년세계 LIB 시장은 6%YoY 성장이예상되며국내업체의 LIB생산은약 23% 의성장을예상한다. 동사는원가경쟁력강화로 1분기 5% YoY 성장을보이고있다. 또한일본 2차전지최대업체수출을 2분기에시작함으로써가시적성과및내년매출신장을예상한다. 핵심부품계열화로원가경쟁력확보, 중, 대용량 2차전지보호회로시장개화동사는보호회로에사용되는 PCB, POC를계열사인쏠텍과아이템반도체에서생산, 핵심부품의수직계열화및세계최대생산을통한원가경쟁력을확보했다. 또한연간 2개이상의모델개발역량, 생산된 PCM, SM 검사에사용되는 Test 장비를자체제작하는등핵심기술과역량을보유하고있다. 향후성장이기대되는중대용량 BMS의개발및판매도진행중이다. 전기자전거및전기스쿠터용중용량 BMS(battery management system) 을개발하여소량생산중이며현재 HEV/EV용 BMS를개발년말에납품예정이다. Stock Data KOSDAQ (5/27) pt 시가총액 936억원 52주주가동향 최고가 최저가 8,47원 1,4원 최고 / 최저가대비등락율 -15.6% 41.7% 수익률 절대 상대 1M 16.3% 12.2% 6M 292.9% 128.% 1Y 44.9% 78.1% Company Data 발행주식수 13,91천주 일평균거래량 (3M) 1,132천주 외국인지분율.% 배당수익률 (8E).% BPS(8E) 6,573원 주요주주 이명구 18.2% 김문환 7.1% 영업이익환율면역성지난해대규모손실의원인이었던파생상품및외환대출은 9년순익의환변동면역성을제공할것으로보인다. 수출이 7% 를차지하는동사의구조상환율에따라이익의변화가클수밖에없다. 그러나생산물량이일정하다고가정할경우, 환율변동에따라파생상품손익과영업이익변화가서로상쇄되어차이가작을것이다. 투자지표 27 28E 29E 21E 매출액 ( 억원 ) 1,517 2,323 2,9 3,4 증감율 (%YoY) 영업이익 ( 억원 ) 증감율 (%YoY) 적전 흑전 EBITDA( 억원 ) 경상이익 ( 억원 ) 순이익 ( 억원 ) EPS( 원 ) -1,238-2,893 1,253 1,584 증감율 (%YoY) 적전 적확 흑전 26.4 PER( 배 ) PBR( 배 ) EV/EBITDA( 배 ) 영업이익률 (%) ROE(%) 순부채비율 (%)

31 우수한 PCB기술및빠른모델개발능력 8년기준동사의매출구성은휴대폰용 PCM 57%, 노트북용 SM 14%, 휴대폰카메라모듈 15% 기타 14% 이다. 수출비중은 7% 이다. 주고객은삼성SDI, LG화학이며중국의역신전자, 미국의타이코를통하여노키아, HP, Dell에보호회로를공급하고있다. 9년 2분기부터일본최대의 2차전지업체에 PCM 수출을시작하였다. 9년매출기여도는크지않을것으로보이나내년물량증가를전망하고있으며고객다변화및글로벌시장점유율이증가에기여할것으로예상한다. 휴대폰 PCM의경우각각의모델에대하여개별적인설계와튜닝이필요하며, 동사는년 2개이상의모델개발능력과 1주일내납기시스템을갖추고있는점이강력한경쟁력이다. OLED, 카메라모듈역시동사의우수한 PCB 기술을바탕으로하고있으며국내업체의선전과함께꾸준한성장을지속할것으로예상한다. SM, BMS 성장전망 동사휴대폰 PCM분야에비하여상대적으로취약한 SM분야에서도환율효과로인해수혜를입고있다. 또한전기자전거, 전기스쿠터용 BMS 매출이신장하고있으며연말에는자동차용 BMS 수출이예정되어있다. 관전포인트동사는두가지위험요소에노출되어있다. 외환은행옵션상품소송건과대주주변동가능성이다. 외환은행옵션상품 (7천만불 ) 계약과관련된소송은진행중이나외부감사시에도그위험성이작아손실에포함되지않았다. 계약과관련된서류가미비하여동사에유리하며소송이종료될시점계산될옵션비용역시향후 2~3년후환율에결정되는것으로그규모가상당히축소될것으로예상하기때문이다. 대주주변경에관련해서는 7월초임시주총에서확정될것으로보이며현재불명확한경영권이명확해질것으로전망한다. 세계 LIB 생산추정 ( 단위 : 백만셀 ) 휴대폰 PCM 및노트북 SM 수요 ( 단위 : 백만개 ) NBPC Cellular PT DSC CAM DMP Game Others Total 자료 : IIT, 키움증권 PCM 파워로직스 점유율 21% 3% SM 파워로직스 6 1 점유율 4% 5% 휴대폰 / 노트북이외 자료 : 파워로직스 투자의견및적용기준 기업 적용기준 (6개월) 업종 적용기준 (6개월) Buy( 매수 ) Outperform( 시장수익률상회 ) Marketperform( 시장수익률 ) Underperform( 시장수익률하회 ) Sell( 매도 ) +25% 이상주가상승예상 % 주가상승예상 +1~ -1% 주가변동예상 -1~ -25% 주가하락예상 -25% 이하주가하락예상 Overweight ( 비중확대 ) Neutral ( 중립 ) Underweight ( 비중축소 ) 시장대비 +1% 이상초과수익예상시장대비 +1~-1% 변동예상시장대비 -1% 이상초과하락예상 31