ISSUE MONITOR 제 76 호 December 2017 삼정 KPMG 경제연구원 전방산업변화로본이차전지산업의미래
Contacts 장진영선임연구원 Tel: +82 2 2112 7095 jinyoungchang@kr.kpmg.com 엄이슬선임연구원 Tel: +82 2 2112 3918 yeom@kr.kpmg.com 임두빈책임연구원 Tel: +82 2 2112 7469 doobeenyim@kr.kpmg.com
Contents Executive summary..... 3 Page 이차전지산업동향및특징... 4 전 후방산업간성장연쇄효과가큰이차전지산업... 4 전방산업의변화 (1): 전기자동차산업....... 7 더욱가까워진전기자동차시대의도래... 전기자동차용이차전지시장현황및전망.. 7 9 전방산업의변화 (2): 에너지저장시스템 (ESS) 산업.... 11 자체산업생태계를조성중인 ESS 산업...... ESS 용이차전지시장현황및전망.... 11 13 시장및주요기업체동향분석...... 14 전기자동차용중 대형이차전지시장동향.... ESS 용중 대형이차전지시장동향.. 국내외주요기업체동향분석.. 14 15 16 시사점및기업의대응전략... 18 고기능화, 고용량화를추진하여전방산업의수요증가에대비하라... 18 새로운수요에대응하기위한차세대전지개발에집중하라... 18 적극적인외부자원활용을통하여기술융합을촉진하라 19 본보고서는삼정KPMG 경제연구원과 KPMG member firm 전문가들이수집한자료를바탕으로일반적인정보를제공할목적으로작성되었으며, 보고서에포함된자료의완전성, 정확성및신뢰성을확인하기위한절차를밟은것은아닙니다. 본보고서는특정기업이나개인의개별사안에대한조언을제공할목적으로작성된것이아니므로, 구체적인의사결정이필요한경우에는당법인의전문가와상의하여주시기바랍니다. 삼정KPMG의사전동의없이본보고서의전체또는일부를무단배포, 인용, 발간복제할수없습니다. 2
Executive Summary 휴대용기기에서주로사용되는리튬이온이차전지는제품표준화를통한대량생산과기술개발을통해가격을낮추고성능을더욱안정화하여점점활용처가확대되어가는추세에있다. 전기자동차시대의본격적인도래를앞두고있으며, 신재생에너지활용의극대화를위해필수적인에너지저장시스템 (ESS) 산업의생태계역시조성되어가면서향후이차전지활용범위및시장의폭발적인확대가예상된다. 이러한전방산업의확대라는연쇄효과를극대화하기위해서국내외이차전지기업들은소재개선및대체소재연구개발을통하여차세대전지개발노력에힘써야할것이고, 외부자원의적극적인활용을통해기술융합및신규수요시장개발에도노력해야한다. Executive Summary 이차전지산업동향및특징 이차전지산업은후방산업의기술개발을토대로전방산업의신규시장선점과같은연쇄효과가큰특징을보임. 이에소재경쟁력확보의필요성이더욱커지고있는상황에서국내외주요이차전지기업들은소재분야의기술경쟁력개발에힘쓰고있는양상 전방산업의변화 (1): 전기자동차산업 전세계주요국가들은자동차연비규정및이산화탄소배출량허용기준을강화하면서친환경자동차생산을장려하고있으며, 특히전기자동차보급확대에주력하는양상 전방산업인전기자동차시장성장가속화로전기차용배터리수요가증가함에따라전기자동차용이차전지시장규모도 2016년기준 157억달러에서 2020년에는 331% 상승한 676억달러로전망 전방산업의변화 (2): 에너지저장시스템산업 전기자동차를통해성장한배터리기술과생산설비는이제막성장기에진입한리튬이온전지에너지저장시스템의경쟁력확보와장기적인성장에도핵심적인변수로서작용할것으로전망 2016년기준세계에너지저장용리튬이온전지시장규모는 2.0GWh로초기단계이나, 비용문제가해결된다면수요는폭발적으로증가하여 2025년에는 90.3GWh에달할것으로전망 시장및주요기업체동향분석 전기자동차및 ESS용중 대형전지시장에서뛰어난기술력을바탕으로높은시장지배력을보이고있는국내의주요업체동향소개 전기자동차용중 대형전지시장에서빠른성장세를보이는중국의 CATL의경영사례및미래전략소개 시사점및기업의대응전략 4차산업혁명시대에서의핵심적인역할수행을위하여고기능화, 고용량화를추진해야함 소재의한계를극복하기위한대체소재개발에집중하여차세대전지개발에앞장서야함 기업외부의자원활용을적극적으로활용하여기술융합을도모해야함 3
이차전지산업동향및특징 사물인터넷, 인공지능등미래 IT 기술과의융합을통해 4 차산업혁명을주도할이차전지산업 전 후방산업간성장연쇄효과가큰이차전지산업이차전지는전기에너지와화학에너지의반응을통하여반영구적충 / 방전사용이가능한화학전지이다. 1회충전후폐기해야하는일차전지의한계를극복한이차전지는 1900년대자동차의발전과함께납축전지를시작으로 20세기중반전자기기에이동성을부여한니켈계니켈-카드뮴배터리로발전하였다. 그리고 1991년일본 Sony사는 IT 산업의에너지고용량, 경량화, 소형화수요에부합하는원통형리튬이온전지 (Lithium-ion battery, LiB) 를전세계최초로상업화에성공하였다. 이를시작으로 1996년각형, 1999년파우치형, 2003년전동공구용원통형리튬이온전지의개발을통하여휴대폰, 노트북, 카메라, 산업공구등으로널리사용되었다. 최근에는전기자동차 (EV) 를중심으로자동차용수요가급증하고있으며, 특히단순하게자동차의전동화에기여하는소극적인역할에서벗어나서사물인터넷 (IoT), 인공지능 (AI) 등미래기술과융합함으로써산업변혁을주도할기술로주목받고있다. 전기자동차용리튬이온전지 ( 원통형 ) 는국내기업인 LG화학이세계최초로양산하였으며, Hybrid Electric Vehicle(HEV, 내연기관과이차전지조합 ) 를시작으로 Plug-in Hybrid Electric Vehicle(PHEV, 외부접속에의한충전가능 ) 과 Battery Electric Vehicle(BEV, 100% 이차전지로만구동 ) 로발전하고있는과정이다. 2015년세계시장규모가약 17조원에달한것으로파악되는리튬이온전지산업은시장성장과함께지속적인기술발전을이루어서체적당에너지밀도는처음출시한때에비해 3배이상에달하고있다. 밀도향상은주로음극카본소재의발전으로이루어졌으나, 최근에는한계치에도달해새로운기술적용이욕구되고있는상황이다. 리튬이온전지산업의주요연혁 구분 1991 1996 1999 2003 2009 신규출시원통형각형파우치형공구용원통형전기차용중대형 제품형상 개발사 Sony Sanyo Sony Sanyo LG 화학 용도캠코더, 노트북휴대폰, PDA 휴대폰, PDA 전동공구전기차 총생산량 0.1 억개 1.2 억개 4.1 억개 13.2 억개 32.4 억개 시장규모 1.5 억달러 12 억달러 27 억달러 33 억달러 100 억달러 전지용량 1000mAh 1200mAh 1800mAh 2200mAh 3000mAh Source: 한국전자정보통신산업진흥회 Note: 전지용량은원통형 18560 기준의해당연도평균에너지용량 4
후방산업의기술개발을토대로전방산업의신규시장선점과같은연쇄효과가큰특징 또한, 이차전지산업의성장은후방산업의기술개발을토대로전방산업의신규시장선점과같은연쇄효과가큰특징을보인다. 이로인하여소재경쟁력확보의필요성이더욱커지고있는상황에서국내외주요이차전지기업들은소재분야의기술경쟁력개발에힘쓰고있는양상이다. 또한, 기술발전으로인한이차전지생산비용의급격한감소가예상되며, 이를통하여가격경쟁력을갖추고다양한분야에서의신규수요가생겨나서이차전지산업전체적인시장규모를확대할가능성이높다. 이차전지산업의전 후방산업 후방산업 전방산업 양극소재 스마트폰, 노트북등 Mobile IT 기기 음극소재 디지털카메라, 캠코더등전기전자제품 분리막 전기자동차 (HEV, PHEV, EV) 전해액 Pouch Can 이차전지 전기자전거, 지게차등수송기계 태양광에너지저장, 풍력발전에너지저장 지능형로봇 보호회로 Flexible Devices 집전체 의료기기 첨가제 방산용 자동화설비 팩전지, 모듈등 Source: 삼정 KPMG 경제연구원 앞서살펴본바와같이이차전지의용도는 IT기기에서부터전기자동차및에너지저장시스템 (Energy Storage System, ESS) 에이르기까지다양하게개발되고있으나, 수요확대의가장큰걸림돌은가격문제이다. 특히전기자동차및 ESS 등중대형이차전지시장의새로운수요창출속도는결국가격하락속도에비례해서빨라질전망이다. 5
전기자동차 및 에너지저장시스템 등 중대형이차전지시장의 새로운 수요 창출이 본격화될것으로전망 2016년기준세계리튬이차전지시장규모는 94GWh이며, 현재까지주사용분야는스마트폰등소형 IT기기용으로써시장규모는 59.2Gwh, 전체시장의 63.0% 를차지하고있다. 스마트폰및소형 IT 기기수요가증가함에따라 IT기기용리튬이차전지수요도연평균 15.4% 성장하여 2025년에는 215GWh 시장을형성할전망이다. 세계리튬이차전지시장의새로운성장동력으로주목받고있는전기자동차용리튬이차전지시장규모는 2016년 32.8GWh를기록하였고, 2025년까지연평균 50% 를상회하는폭발적인성장세에힘입어 2025년 1,399GWh에달할것으로전망한다. 즉, 미래의이차전지수요확대는전기자동차성장속도에달려있다고볼수있는것이다. 마지막으로에너지저장용리튬이차전지시장규모는 2016년 2.0GWh를기록하며현재초기시장단계이다. 하지만신재생에너지보급확대로인해전력망안정을위한 ESS에대한필요성이높아질것이고, 각국정부의보급지원정책에힘입어 2020년이후에는본격적인성장단계에진입할것으로전망한다. 리튬이차전지산업은전기자동차, ESS에서부터로봇에이르는다양한응용분야의핵심기술로자리매김하고있어산업적중요성이더욱확대되어가는추세에있다. 또한, 기존의모바일 IT기기용소형이차전지에서전기자동차및에너지저장시스템용중 대형이차전지로의중심축이변화하는과도기양상을띄고있다는점에주목할필요가있다. 전세계리튬이차전지 (LiB) 수요전망 ( 단위 : GWh) 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 0 '15 '16 '20F '25F 15 16 20F 25F ESS용배터리 1.6 2.0 16.4 90.3 전기차용배터리 26.9 32.8 441.2 1,399.0 IT기기용배터리 48.5 59.2 88.5 214.7 Source: SNE Research 6
전방산업의변화 (1): 전기자동차산업 뛰어난연비와친환경성을갖춘전기자동차의본격적인시장성장 더욱가까워진전기자동차시대의도래미래자동차산업변화의키워드는연비와친환경으로볼수있다. 주요국가들은자동차연비규정및이산화탄소배출량허용기준을강화하면서친환경자동차생산을장려하고있으며, 특히전기자동차를미래신성장산업으로육성하기위하여 R&D 투자, 보조금, 세제혜택등정책적지원을통해전기자동차보급확대에노력하고있다. 전기자동차시장확대는거스를수없는추세로자리잡고있으며, 전장, 디자인, 자율기능과같은소프트웨어의중요성이강조되어자동차의 IT화를더욱촉진할것으로예상된다. 이같은전기자동차시대가빨리올수있게된결정적계기는 2015년 9월폭스바겐의디젤게이트사건의발생으로볼수있다. 기존내연기관자동차로는향후연비개선과배기가스규제를준수하기어려울것이라는인식을공유하게되어이후많은국가들이내연기관차판매중단발표를하기에이르렀다. 이러한외부환경의변화로전세계주요완성차제조업체들도빠르게친환경자동차로의판매정책전환을발표, 이를적극적으로추진하고있다. 대표적인예로폭스바겐은 2016년 9월 2025전략 을발표하며 2025년까지전체판매량의 20~25%( 규모로약 3백만대 ) 를순수전기차매출목표를발표하였다. 볼보또한 2019년부터순수내연기관차판매중단을발표하였고 2025년까지친환경차 (xev) 1백만대달성을목표로발표하였다. 완성차의개발기간이평균 3~5년걸린다는점을고려하면, 2020년을전후로전기자동차출시모델이급증할것으로예상되며다양한모델선택가능성은또다른전기자동차판매증가의요인으로작용할것으로전망된다. 주요국가별내연기관차판매중단발표현황 국가발표내용발표시점 영국 2040 년부터모든가솔린과경유차량의영국내신규판매중단 2017 년 7 월 프랑스 프랑스환경부는 2040 년까지가솔린과경유차량판매금지를발표 2016 년신차등록대수 ( 상용제외 ): 200 만대 ( 전세계판매량의 2.1%) 2017 년 7 월 독일 2030 년부터가솔린과디젤등내연기관자동차판매를금지하는내용의결의안통과 2016 년신차등록대수 ( 상용제외 ): 370 만대 ( 전세계판매량의 4.0%) 2016 년 10 월 네덜란드 노르웨이 인도 2025 년부터내연기관차판매를중지하고순수전기차만판매허용 2015 년신차등록대수 : 52 만대 2025 년부터친환경차량의 100% 운행목표 2015 년신차등록대수 : 19 만대 2030 년부터신규판매차량전부를순수전기차로교체목표 2016 년소형차판매량 : 370 만대 ( 전세계판매량의 3.6%) 2016 년 8 월 2016 년 8 월 2017 년 5 월 Source: 언론종합 7
전세계전기자동차판매량은 2017년약 440만대에서 2020년약 1,000만대를넘어서향후폭발적인성장이예상 2017년전세계전기자동차의판매량은 440만대로전년대비 33.6% 증가가예상되며, 2020년에는연간 34.8% 씩증가해대략 1,000만대를넘어설것으로전망된다. 특히, 일반승용차뿐만아니라버스나트럭등상용차부문에서도전기자동차로의빠른전환이이루어질것으로기대된다. 2015년기준 12 만대 (5.2%) 에불과했던전기버스 (e-bus) 의판매량은 2020 년 44만대 (9.9%) 를기점으로꾸준히높아질것으로전망된다. 특히, 글로벌전기버스제조사 Top10의대부분이중국업체임을고려하면전기버스시장은중국중심으로성장이두드러질것으로예상된다. 지역별시장현황을살펴보면우선중국시장의급팽창을주목할만하다. 심각한환경오염문제를해결하고자하는중국정부의강력한친환경차보급정책의목표는 2020년까지 500만대의전기자동차를보급하는것이다. 정부주도의공공부문이선도하는양상으로관용차나대중교통차량교체시전기자동차를일정비율 (2016년 30%) 이상으로구매해야한다. 이와동시에충전인프라확충에도힘을쏟고있으며 2020년까지 482만대의충전소및충전기를확보하여전기자동차 1대당 1기의충전인프라를확보하겠다는계획이다. EU 국가들역시구매보조금지급및세금면제와같은기존지원정책이외에도공용주차장무료사용, 버스전용차선이용등다양한혜택을통하여전기자동차의보급을확대하려고노력하고있다. 글로벌전기자동차시장규모현황및전망 ( 단위 : 천대 ) 12,000 10,000 8,000 6,000 e-bus BEV 4,000 2,000 0 '11 '12 '13 '14 '15 '16 '17F '18F '19F '20F PHEV HEV Source: SNE Research Note: e-bus(electric Bus, BEV(Battery Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle) 8
전기자동차용이차전지시장현황및전망 전방산업인전기자동차시장성장의가속화는전기자동차용이차전지시장규모역시크게증가시킬것으로전망 휴대전화의약 7,000배, 노트북의약 700배용량의이차전지를탑재하는전기자동차의확산은이차전지시장을폭발적으로성장시킬것으로기대된다. 즉, 전방산업인전기자동차시장성장가속화로전기차용배터리수요가증가함에따라전기자동차용이차전지시장규모또한 2016년기준 157억달러에서 2020년에는 331% 상승한 676억달러로전망된다. 배터리용량기준으로도 2016년 63.3GWh에서 2020년 434.0GWh로크게성장할것으로예상된다. 시장의확대와더불어리튬이온전지의가격또한연평균 10% 수준으로지속하락할것으로전망되며, 테슬라의기가팩토리 (Giga Factory) 운영등규모의경제가확산될수록가격하락속도는더욱빨라질것으로예상할수있다. 또한배터리의대용량화로인한시장의성장도주목해야한다. HEV에채택되는배터리의용량은 1~2KWh에불과한반면, PHEV에는 10~20KWh의배터리가적용되고순수전기자동차의배터리용량은이를상회하는수준이다. 환경기준이엄격해지면서 HEV보다는 PHEV나 EV의고성장이예상되고완성차업체입장에서도이에더주력할수밖에없을것이다. 이와더불어주행거리를늘리기위해서도동일한차종의연식이바뀌면서대용량의배터리가사용되고있기에이차전지시장규모는급속히증가할것으로예상된다. 전기차용배터리시장전망 ( 용량기준 ) 전기차용배터리시장전망 ( 금액기준 ) ( 단위 : GWh) 400 ( 단위 : 십억달러 ) 80 300 e-bus 60 e-bus 200 BEV 40 BEV 100 PHEV HEV 20 PHEV HEV 0 '16 '17F '18F '19F '20F 0 '16 '17F '18F '19F '20F Source: SNE Research Note: e-bus(electric Bus), BEV(Battery Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle) 9
중대형이차전지시장개화의선결조건은높은제조비용문제해결에달려있음 전기자동차보급이지연되는이유는비싼배터리가격과짧은주행거리라는한계점때문이다. 즉, 전기자동차용중대형리튬이차전지시장개화의선결조건은가격문제해결에달려있으며새로운수요창출속도는결국가격하락속도에비례해서빨라질것으로전망된다. 2015년기준전기차용리튬이차전지가격은 $384/kWh이며, 비용구성을살펴보면소재비용 44%, 패킹비용 24%, 운영비 16%, 금융비용 15%, 기타 1% 로구성되어있다. 이중소재비용 ($169/kWh) 과패킹비용 ($92/kWh) 이전체생산비용의 68% 를차지하는것으로나타났다. 2015년기준전기차용리튬이차전지제조비용구성 384 ( 단위 : $/kwh) 169 (44%) 92 (24%) 4 59 (15%) (16%) 60 전체비용소재비용패킹비용인건비금융비용운영비 Source: Bloomberg 2020년전기차용리튬이차전지제조비용은 $260/kWh대로하락할것으로예상되며, 휘발유가격이 $3.5/ 갤런이상에서는전기차가내연기관자동차에비해가격경쟁력을확보할수있을전망이다. 2015년기준전기차용리튬이차전지가격이 $380/kWh인상황에서는갤런당 6달러이상에서만가격경쟁력을가질수있으나, 2017년 6월기준미국휘발유가격은갤런당 2.2달러에불과한상황이다. 전기자동차가격이내연기관자동차와경쟁하려면리튬이차전지가격이 $200/kWh 수준이되어야하며, 현재가격하락추이를살펴보면 2024년경에는목표치달성이가능할전망이다. 전기차용리튬이차전지제조비용하락전망 384 119 350 105 325 98 302 91 282 263 245 ( 단위 : $/kwh) 228 212 197 182 85 79 74 69 64 60 56 265 245 227 211 197 184 171 159 148 137 126 '15 '16F '17F '18F '19F '20F '21F '22F '23F '24F '25F 소재및패킹비용 운영비및금융비용 Source: Bloomberg 10
전방산업의변화 (2): 에너지저장시스템 (ESS) 산업 자체산업생태계를조성중인 ESS 산업전기자동차산업의성장은배터리를매개로에너지저장시스템 (ESS) 시장에도중요한영향을미칠것으로예상된다. 전기자동차를통해성장한배터리기술과생산설비는이제막성장기에진입한리튬이온전지 ESS의경쟁력확보와장기적인성장에도핵심적인변수로서작용할것이기때문이다. 이미선제적으로배터리경쟁력을확보한일부전기자동차기업들은 ESS 사업진출을통해사업영역을다각화하려는움직임이포착된다. 미국의 Tesla는전기자동차와수직계열화된배터리설비를기반으로 SolarCity를인수하여 ESS 사업에진입하고있다. 전기자동차를통해성장한배터리기술및생산설비를활용하여에너지저장시스템산업으로의확장 전기차 전기차와 ESS 사업관계도투자확대가격하락 Battery 용량증가 ESS 전기차배터리재사용 전기차기업 ESS 시장진입 Source: 삼정 KPMG 경제연구원 에너지저장을위한여러기술들이경합하고있으며, 이중배터리방식이시장에서선호될것으로예상된다. 특히, 리튬이차전지가용량확장성, 에너지변환효율, 친환경성으로타경쟁기술대비많은장점을가지고있기에향후에너지저장기술을선도할것이다. 아직은실증사례가많지않다는한계점이있지만, 전세계적으로리튬이차전지를적용한프로젝트가건설및진행되고있기에이를통한충분한검증이가능할것으로보인다. 주요에너지저장기술성능비교 구분 NaS 배터리 리튬이차전지 납축전지플라이휠공기압축양수발전 에너지밀도 (Wh/kg) 200 100-250 30-50 10 Dependent on configuration 가격 ($/kwh) 350-400 1,000-1,200 200-300 3,000-5,000 10-100 80-110 수명 ( 년 ) 15 10 3-5 20 20-30 20-30 충 / 방전횟수 4,500 1,000-1,500 100-800 100,000 이상 5,000-10,000 5,000-10,000 전력변화효율 78% 96% 90% 85% 70-85% 70-85% Source: New Energy Finance 11
전세계 ESS 시장규모는 2015년 13GWh에서 2025년 139GWh로연평균 27% 이상의고성장을이룰것으로전망된다. 특히, 리튬이온전지방식의 ESS 성장은연평균 50% 에가까운폭발적인성장을통해 2025년전체 ESS 시장의 65% 까지비중을크게확대될것으로예상한다. 전세계 ESS 시장규모는 2015 년 13GWh 에서 2025 년 139GWh로연평균 27% 이상의고성장할것으로전망 현재전력시스템은피크타임 (Peak time) 전력수요에맞춰전력용량을증설해야하는구조이기에전력수요와공급간불일치가발생할수밖에없다. 이러한단점을 ESS를활용하여전력수요가적은심야시간에유휴전력을저장하고, 수요가급증하는낮시간에전력을공급함으로써수요와공급의불일치를해소하고전력시스템의효율을개선할수있는장점이있는것이다. 또한, 태양광, 풍력발전등의신재생에너지는기술발전으로발전원가가계속하락하면서설치량이증가하고있다. 그러나미국, 유럽등신재생에너지비중이높아진지역에서는전력망의불안정이슈가확대되고있다. 이와더불어낮은전력품질문제로산업체가동중단및전자기기의고장등의여러가지문제를일으킬가능성역시존재한다. 신재생에너지사용확대및문제해결을위해에너지저장기술의필요성이더욱커질것이며, 에너지저장산업은전력산업변화의핵심기술로부상할전망이다. 글로벌 ESS 시장규모현황및전망 ( 단위 : GWh) 160 규모 ( 좌 ) LiB 비중 ( 우 ) 100% 120 80 40 0 60% 65% 55% 50% 45% 39% 34% 139 29% 24% 107 83 13% 17% 66 52 13 15 19 24 32 41 '15 '16 '17F '18F '19F '20F '21F '22F '23F '24F '25F 80% 60% 40% 20% 0% Source: SNE Research 12
ESS 용이차전지시장현황및전망 2019 년이후본격적인성장단계에진일할것으로예상되는 ESS용이차전지시장은 2024년에는 16.2GWh에달할전망 2016년기준세계에너지저장용리튬이온전지시장규모는 2.0GWh로현재초기시장단계이나높은성장성을가진분야로평가받고있다. 신재생에너지보급확대로인해전력망안정을위한에너지저장에대한필요성이높아지고있으나, 보급확대에가장큰걸림돌은비용문제이다. 비용문제가해결된다면에너지저장용리튬이차전지수요는폭발적으로증가하여 2019년이후본격적인성장단계에진입할전망이다. 2020년세계시장규모는 2016년대비 8배이상증가한 16.4GWh를형성할것으로예상되며, 2025년에는 90.3GWh에달할전망이다. 2020년이후로는 ESS 가격하락과함께전력용시장내사용처가다양화되면서시장성장이가속화될것으로기대한다. 환경에대한관심이높아지면서고전압송전망을확보하는것이어려워지고있으며신규발전소건설에대한부담역시증가하고있다. 따라서피크전력에대응하기위해전력사용처인근에 ESS를설치할가능성이높다. 우리나라의 ESS용리튬이차전지수출은최근크게증가했으며수출증가와더불어내수시장확대를위해정책적으로에너지저장장치 (ESS) 를전년대비 20% 이상증가한 270MW를국내보급할계획이고, 이중상당부분을리튬이차전지가차지할수있을것으로보인다. 글로벌 ESS 용리튬이차전지시장규모현황및전망 ( 단위 : GWh) 100 90.3 80 60 45.6 64.2 40 20 0 32.4 23.1 14.3 16.4 10.5 7.6 2.0 '16 '17F '18F '19F '20F '21F '22F '23F '24F 25F Source: SNE Research 13
시장및주요기업체동향분석 중 대형이차전지시장의성장을이끄는주요요인인전기자동차시장확대 전기자동차용중 대형이차전지시장동향중 대형이차전지시장의성장을이끄는주요요인은앞서살펴본바와같이전기자동차시장확대이다. 2016년출하량기준, 일본의 Panasonic은약 23.5% 의점유율을기록하여부동의 1위업체에위치하고있다. 뒤를이어중국의 BYD는 12.4% 의점유율을기록하여빠른성장세를유지하며 1위자리를위협하고있다. Panasonic은 Telsa를비롯하여 GM, Honda에배터리를공급하고있고, BYD는자사전기차에, AESC(Nissan & NEC 합작사 ) 는 Nissan 에, PEVE(Toyota & Panasonic 합작사 ) 는 Toyota 에각각배터리를공급하고있는것인실적에반영된것으로분석된다. 반면, 모바일 IT용소형이차전지의강자인국내의삼성SDI와 LG화학은합계약 9.5% 의점유율 (2016년기준 ) 을기록하였다. LG화학이공급하는배터리를사용하는 GM의 HEV Bolt, 삼성SDI 배터리를사용하는 BMW의 i3 등의대표적인모델의판매부진으로전기자동차용이차전지시장에서고전하고있으나, 2017년하반기이후에는북미지역을중심으로다수의전기자동차모델이출시될예정이기에반전의계기가될것으로기대된다. 전기자동차용배터리형태별주요업체실적현화 유형 순위 기업명 국가 출하량 (MWh) 14 15 16 17 1Q 대표모델 1 PEVE 일본 1,497 1,507 1,662 473 Toyota Prius, Lexus CT200h 각형 2 삼성 SDI 한국 422 884 1,231 418 BMW i3, VW e-golf 3 BYD 중국 1,340 3,119 7,893 367 BYD Qin, Tang, Denza 4 CATL 중국 263 1,719 6,196 344 BAIC SenovaD50(EU260) 5 Panasonic 일본 597 1,013 841 246 VW e-up!, Audi A3 e-tran 1 LG 화학한국 952 1,174 1,779 902 GM Bolt, Renault ZOE, Volvo V60 폴리머 2 AESC 일본 1,564 1,302 1,724 492 Nissan Leaf, Renault Kangoo ZE 3 Farasis 중국 - - - 216 BAIC EC180, SenovaX25(EX200 4 SK 이노베이션한국 102 475 645 55 KIA Soul 5 Wanxiang 중국 125 455 620 25 Chery eq, Trumpchi GA5 REV 1 Panasonic 일본 2,749 4,303 6,796 2,054 Tesla Model S, Mercedes B-class ED 원통형 2 BAK 중국 2.5 618 863 118 Zotye E200, Cloud 100S EV 3 Coslight 중국 - 55 162 103 Zotye Zhidou D2 4 JCI 일본 3 39 104 42 Mercedez C350e, C-class 5 AESC 일본 41 44 50 38 Nissan Serena Source: SNE Research Not:e: 순위는 2017 년 1 분기출하량기준 14
ESS 용중 대형이차전지시장동향 ESS 용이차전지수요증가가가시화됨에따라시장선점을위한경쟁이가속화되고있음 또다른수요확대처인 ESS용이차전지시장에서는 LG화학과삼성SDI 등한국업체들이양호한실적을바탕으로시장내위상을강화하고있다. LG화학의경우 2016년전기차배터리매출액 ( 약 1.2조원 ) 대비 ESS 매출이 2,700억원을기록해 23% 의비중을차지했다. 삼성SDI 역시미국 Aliso Canyon 프로젝트수주로 2016년 4분기매출액 970억원으로처음으로흑자전환에성공하는등탄탄한실적을보여주고있다. 전체 ESS용배터리시장의업체별점유율을보면양사가 30~40% 를차지하였고, 특히기술적진입장벽이높은전력및상업 / 가정용시장에서는 50% 를상회하는점유율을차지해과점도가더높은상황이다. 이렇게선발배터리업체들이수주시장을주도하고있는이유는보수적인전력업체들의특성상이차전지업체들을선정할때까다롭기때문이다. 한국이차전지업체들은이미자동차용배터리를생산하는과정에서원가및품질혁신을상당부분진행하였고안정된제조설비를갖추고있어경쟁우위에있다. 또한수년전부터전력업체들과배터리실증사업을진행하면서신뢰성을확보한강점을바탕으로시장점유를확대하고있는것이다. 이외에도 BYD와 Tesla 등과같은전기차업체들이 ESS 시장을새로운비즈니스모델로삼아시장에신규로진입하고있는점이두드러진다. 수직계열화를통한전방위적사업구조를형성할수있고, 규모의경제를통한생산비용을절감할수있기에 ESS용이차전지를둘러싼경쟁이가속화될것으로보이며전체시장점유율의개편역시예상되고있다. 이차전지업체별 ESS 용배터리공급량비교 ( 단위 : MWh) 700 600 500 588 540 '14 '15 '16 552 525 400 300 200 100 0 288 275 267 241 189 136 151 165 122 110 102 83 53 76 48 50 68 52 0 2 21 40 5057 5154 71 45 13 LG화학삼성SDI BYD Tesla SaFT SONY Lishen Coslight Toshiba CALB Others Source: SNE Research 15
국내외주요기업체동향분석 초기 단계부터 파우치형을 주력으로 하여 현재 가장 많은 수주금액을 확보하고 있는 LG화학 ESS 용배터리사업의빠른이익창출능력을보여주고있으며공격적으로전기차용배터리시장공략을하고있는삼성SDI 전기차주행거리확대라는소비자의요구를충족하여시장성장을이끌수있는신기술을개발중인 SK이노베이션 LG화학은 2017년 10월현재 29개의글로벌고객사를확보하여총수주금액은약 40조원에달하는것으로파악된다. LG화학은초기전기차용전지개발부터파우치형을주력으로설정하였으며, 이는현재배터리셀업체중가장많은수주금액을확보할수있었던주요경쟁력으로파악된다. 파우치형은각형이나원통형보다자르거나모양을변형시키는등가공이유리한장점을바탕으로기존의각형과원통형이대세였던소형자동차시장에서파우치형비중이점차증가하고있는양상이다. 전기자동차용배터리에서도 2016년전체출하량의 13% 에불과하던파우치형비중이 2017년상반기누적으로 27% 로확대된것사실역시이러한산업동향을반증한다. LG화학이배터리용량을확대하기위해적용하고있는대표적인기술은양극재와음극재, 분리막등을층층이쌓은뒤전해질을주입하는 Stack & Folding 방식으로, 타경쟁사들이사용하는핵심소재들을겹친후말아서만드는 Winding 방식과달리고전율을위한많은단자를형성할수있다는장점이있다. 특히, 최근에너지효율을높이기위해사용비중이커지는고용량소재들로인하여충 / 방전시배터리에가해지는부피팽창이상당히커지게된다. 사방으로압력이가해지는 Winding 방식에비해, Stack & Folding 방식은상하로만형태가변형되기때문에전체적인구조가유지되며더높은안정성을갖출수있는내구성의장점도확보한기술이다. 삼성SDI는 ESS용전지시장에서강점을보이고있으며, 대규모수주를확보하는등본격적으로수익을창출하기시작하였다. ESS용배터리는전기자동차용배터리사업적자를상쇄하면서전체중 대형전지부문적자를축소시키는역할을하고있다. 전기자동차용배터리의경우신모델출시 1~2년전부터연구개발비용이발생해매출과함께수익성이개선되는구조인반면에 ESS용배터리는사업주기가 6개월 ~1년정도로상대적으로짧기에안정성이더높다. 이와더불어전기자동차용배터리사업흑자전환을위해유럽전기차시장공략에노력하고있다. 2018년상반기헝가리에생산능력 2GWh의전기자동차용전지공장 ( 연간 3.5만대의 60kWh급전기차생산가능 ) 을가동할예정이다. 향후증가할전기자동차수요에대비하여추가적인증설도가능할것으로보인다. 배터리생산업체로서 SK이노베이션은단위당셀의에너지밀도를높임으로써주행거리를확대하고자하며, 그일환으로니켈비중을기존보다약 10% 가량더높인 NCM811의개발을완료하였다. 니켈함량이많아지면배터리셀용량을높일수있는대신전해액과의충돌로인해열에대한안정성이낮아질수밖에없지만, SK이노베이션은니켈과망간등주요원재료들의배열형태를재배치한 Full Concentration Gradient Structure 기술을적용하였다. 또한분리막양면에세라믹코팅하던기존방식에서 3세대는열저항이높은바인더를양쪽에한번더코팅처리하여열안정성을강화하는방법을적용할계획이다. 16
2017 년상반기출하량기준 BYD 를제치고중국배터리업체중 1 위로올라선 CATL 의빠른성장세 2017년상반기로기간을한정하여살펴보면중국의 CATL의빠른성장세가두드러진다. 2016년 CATL의전기자동차용배터리출하량은전세계출하량의약 15.7% 인 6.6GWh로 2015년 1.8GWh 출하했던것과대비하여약267% 증가하였다. 2015-16년까지중국내배터리최대출하량업체는 BYD였지만, 2017년상반기누적기준으로는 CATL이 BYD를제치고 1위로올라섰다. BYD는주로자사전기자동차모델에필요한배터리수급에주력하고있기때문에배터리출하량은모회사의자동차판매량에많은영향을받을수밖에없는매출구조를갖고있다. 2017년상반기 BYD의전기자동차판매량증가가중국내경쟁업체대비상대적으로둔화되면서배터리출하량증가또한둔화된것으로분석된다. 이에비하여 CATL은현재중국내주요완성차업체인베이징자동차와상하이자동차, 창안자동차등뿐만아니라약 35개의글로벌고객사에게배터리를공급하고있다. 즉, 판매처의다각화를통하여빠른성장세를이끌고있는것이다. CATL은배터리생산능력확대에도발빠른행보를보이고있다. 언론을통해알려진 2020년까지배터리생산량을매년 2배이상증가시켜생산규모를 50GWh까지증설할계획이라고밝혔다. 현재 CATL은현재리양 ( 溧阳 ) 에 100억위안을투자해연간배터리생산능력 10Gwh의공장을건설중이다. 더불어유럽에도배터리생산라인을추가할계획이다. 이렇게되면미국테슬라자동차가건설중인연간 35GWh 규모의기가팩토리 (Giga Factory) 의생산규모를모두앞서게된다. BYD 와 CATL 배터리생산능력비교 17 년 1 분기 CATL 차량별판매비중 ( 단위 : GWh) ( 단위 : %) 60 BYD CATL BEV 특수차량 1 PHEV 버스 4 50 40 30 20 16 16 30 26 40 32 40 50 PHEV 승용차 19 BEV 전기버스 20 BEV 승용차 56 10 10 8 0 '16 '17F '18F '19F '20F Source: 신에너지차망 Source: 신에너지차망 Note: BEV(Battery Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 17
시사점및기업의대응전략 4차산업혁명의대표적융합기술로부상하기위해고기능화및고용량화추진 고기능화, 고용량화를추진하여전방산업의수요증가에대비하라이차전지산업은전방산업인전기자동차, 에너지저장시스템에서부터로봇산업에이르는다양한응용분야의핵심기술로자리매김하고있어산업적중요성이더욱확대될것으로보인다. 현시점에서는가격경쟁력열위로인하여일부제품에만적용되고있지만, 향후배터리가격이낮아짐에따라다양한분야에서의신규수요가생겨날전망이다. 특히, 제조업과정보통신기술의연결로촉발되는 4차산업혁명의대표적인융합기술로부상하고있다는점에주목해야한다. 4차산업혁명시대를위한배터리기술발전과제로에너지밀도, 가격, 충전성능, 안정성등을들수있다. 2010년에너지밀도가 kg당 150Wh에서현재는 250Wh로 60% 이상향상되었고 2020년에는 kg당 290Wh까지향상되어 500km 이상주행가능한전기자동차생산이가능할것으로예상된다. 빠른충전속도와안정성강화를위한기술역시지속적으로개발하여새로운시대의대표적기술로써의입지를다질필요성이커질것이다. 산업경쟁력강화를위해서는규모의경제확보가필요하며, 이를위해서는전기자동차및 ESS 등관련시장활성화및지원정책이필요하다. 이차전지의최대수요처는자동차산업이될전망으로 2020년이후폭발적으로수요가증가할것으로보인다. 전기자동차용리튬이온전지는설치장소가한정적이어서저장할수있는에너지가많을수록좋기때문에체적당에너지밀도가더욱중요시될것이다. 또한고용량과고출력두가지타입을개발하여리튬이온전지의다양한니즈 (Needs) 에대응할수있는경쟁력을갖추어야할것이며, 앞으로성능향상을통해주행거리를확대해전기자동차시장의성장에기여함으로써동반성장을위한노력이필요한시점이다. 새로운수요에대응하기위한차세대전지개발에집중하라현재가장많이사용되는이차전지인리튬이온전지는지난 200년간나온배터리중가장효율적인모형으로꼽힌다. 작고가벼운데다전압은같은크기일반전지의두배수준으로일상에서활용도가높은스마트폰과노트북배터리와같은소형전지시장의주류를이루고있다. 하지만사용한지 1년이지나면효율이급격히떨어지고외부충격과온도변화에약하다는단점이있다. 여기에급격한수요증가로기초소재인리튬가격이가파르게오르고있다는점역시향후발전속도를저해할불안요인으로남아있다. 기존리튬이온전지의성능은양 음극재의소재또는조성변경을통해상당히개선되어왔으나, 점점성능개선폭과속도가둔화되고있다. 또한지속적인성능개선에도불구하고안정성이슈는여전히완벽하게해결되지않았다. 이러한단점과성능한계를극복하고소비자들의새로운수요에부합하는방향에맞춰서리튬이온전지의한계를극복할수있는차세대전지개발에도관심을가져야하는시점이다가온것이다. 18
차세대이차전지개발을통한미래성장성확보노력이수반되어야할것 배터리업계내부에서는아직리튬이온전지를대신할차세대표준은두드러지지는않지만, 주요업체들은리튬폴리머, 리튬황, 리튬에어, 나트륨이온등을연구하며상용화가능성을탐색하고있는것으로보여진다. 최근주목도가높아진리튬이온전지의대안으로는전고체전지를주목해야한다. 고체를리튬이온의이동경로인전해질로사용하면배터리에구멍이뚫리거나구겨져도화재등의위험없이정상적인작동이가능하기에전해질의누액이나폭발의위험성을획기적으로줄일수있고고온이나고전압의사용환경에서도전지의성능저하를막을수있다. 또한, 액체전해질을사용하지않는덕에두께를 1mm로줄일수있어고용량확보에도유리한장점을가지고있어서전제제품을비롯해전기자동차에도채용될가능성이높은차세대전지이다. 적극적인외부자원활용을통하여기술융합을촉진하라 기술개발을위한외부자원활용의적극성정도에따라협업또는공동개발, 벤처투자, 그리고기업인수등으로구분할수있다. 이차전지기업들역시다양한외부자원활용방식을통해성능개선및차세대전지개발을촉진하고있다. 일본의도요타가동경공업대과함께황화물계전고체전지를개발하는등대학또는연구소와의공동개발이주를이루는편이다. 보다적극적인방법으로는벤처투자나기업인수등의방법도선택할수있다. 독일자동차부품및전동공구의선도기업인보쉬는 2015년에미국의리튬이온전지벤처기업시오 (SEEO) 를인수했다. 또한폭스바겐은 2014년에전고체전지스타트업회사인퀀텀스케이프 (Quantum Scape) 를인수해전기자동차용전지기술력확보에노력하고있는모습이다. 이와같이기술력확보를위해서는기업내의연구개발범위를넘어서서대학및연구소, 벤처기업등과같이외부자원의활용도에주목해야한다. 적절한외부자원활용이향후기술력확보를위한유리한위치를선점하는데큰이점으로작용하기때문이다. 19
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