에코프로비엠 주가가 계속 오르는 이유 - 양극재는 무엇인가?

 

 

최근 '에코프로비엠'의 기록적인 주가 상승으로 인해 에코프로비엠이 어떤 회사인지 알아보고, 2차 전지가 무엇인지, 또 양극재가 무엇인지 관심을 갖는 분들이 아주 많아졌습니다.

 

오늘은 양극재가 무엇이고 어떤 종류가 있고 어떤 제조업체들이 양극재 시장을 선도하는지를 알아보겠습니다.

더 현명한 주식투자를 위해서 천천히 알아가 보시죠.

 

 

 

■ 2차 전지 그리고 양극재

2차전지의 구성요소 및 구동 원래

 이차 전지는 현대에 가장 일상적인 전자제품들에 사용되는 반영구적으로 재충전하여 사용할 수 있는 전지로서, 전기차뿐만 아니라 휴대폰, 디지털카메라, 노트북 컴퓨터 등 다양한 전자 제품에 쓰입니다.

 이차 전지는 리튬 이온 배터리가 주류를 이루고 있는데, 이는 가볍고 고용량을 구현하기에 적합하며 전동 공구부터 가전 제품, 전기차, 발전소 등에 광범위하게 사용됩니다.

 

 최근에는 전기차 열풍으로 인하여 2차전지에 대한 열풍은 가열화/가속화되었습니다. 그러나 최근 리튬 이온 배터리와 관련된 용어들인 NCM 811, NCMA, LFP 등은 이차전지에 대해 알고 싶지 않게 만듭니다. 이러한 용어들은 배터리의 양극 소재를 나타내며, 배터리의 용량과 출력 등 성능을 결정짓는 중요한 요소입니다.

전기자동차의 보급으로 수요가 폭발한 2차전지

 

 양극재는 리튬 이온 배터리의 4대 구성 요소 중 하나로, 음극재와 분리막, 전해질과 함께 배터리 원가의 40% 정도를 차지하는 핵심 소재입니다. 양극재를 이해하는 것은 배터리를 제대로 이해하기 위해 필수적입니다. 다양한 '양극재'에 대해 알아보며 2차 전지에 대한 이해를 함께 키워보겠습니다. 

 

 

■ 양극재의 종류

 

 

1) LCO

 

모바일기기에 이용되는 LCO

 스마트폰용 배터리인 LCO(리튬·코발트·옥사이드)는 가장 일반적인 리튬 이온 배터리 양극재로 사용됩니다. 휴대폰과 같은 소형 이차 전지에 주로 사용되며, 많은 사람들이 일상적으로 사용하는 전자 제품에 적용되어 있습니다. 그러나 LCO 배터리는 전기차 분야에서는 크게 사용되지 않습니다. 이는 LCO의 단가가 높기 때문입니다. 코발트라는 광물로 이루어진

 LCO는 배터리의 안전성을 높이는 중요한 원료지만, 세계적으로 채굴량이 적고 아프리카 콩고 민주 공화국에서 주로 생산되는데, 정치적 불안정으로 코발트 공급이 불안정해지면서 가격 또한 상승하고 있습니다. 또한 LCO 배터리는 에너지 밀도가 상대적으로 낮기 때문에 전기차용 배터리로는 적합하지 않은 경우도 있습니다.

 따라서 전기차 분야에서는 NCM(Nickel-Cobalt-Manganese)이나 NCA(Nickel-Cobalt-Aluminum) 등의 배터리가 주로 사용되고 있습니다. 이러한 배터리들은 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 전기차의 주행 거리를 늘리는 데 더욱 효과적으로 사용됩니다. 

 

 

2) NCM

 전기차용 배터리 시장의 현재 대세는 NCM(니켈·코발트·망간)입니다. NCM은 현재 중대형 이차 전지에 가장 많이 사용되는 양극재로, 서구권에서는 구성 요소의 순서를 바꿔 'NMC'으로도 불립니다.

 NCM은 LCO에 니켈과 망간을 추가하여 구성된 양극재입니다. 최초의 NCM은 니켈·코발트·망간 비중이 1:1:1이었지만, 최근에는 에너지 밀도를 높이기 위해 니켈 함량을 극대화하고 코발트를 줄여 원료 가격 변동에 따른 충격을 최소화하는 방향으로 개선되고 있습니다. 이러한 개선으로 니켈 비율이 60% 이상인 양극재를 '하이니켈(high-nickel)'이라고 부르며, 'NCM 811' 배터리는 니켈 80%·코발트 10%·망간 10% 비율로 구성된 하이니켈의 대표적인 사례입니다.

LG에너지솔루션

 국내 배터리 업체들인 LG에너지솔루션, 삼성 SDI, SK이노베이션 등도 NCM과 하이니켈에 주력하고 있습니다. 에너지 솔루션은 테슬라에 모델 3용 원통형 NCM 811 배터리를 공급하고 있으며, 폴란드 공장에서는 니켈 함량을 높인 파우치형 차세대 배터리를 양산하고 있습니다. SK이노베이션도 니켈 비율을 90%까지 확대한 'NCM 구반반(9½½)' 배터리를 개발하여 미국 포드에 공급할 예정입니다. 이러한 배터리들은 전기차의 성능을 향상하고 주행 거리를 늘리는 데 기여하고 있습니다.

 

 

3) NCA

 원통형 전기차용 배터리에는 NCA(니켈·코발트·알루미늄)도 사용되고 있습니다. NCA는 LCO에 니켈과 코발트뿐만 아니라 알루미늄까지 추가하여 구성된 양극재로, 정확히는 'LNCAO' 구성을 갖고 있습니다. NCA는 파나소닉이 테슬라에 납품하는 원통형 배터리 셀에 사용되고 있으며, 이미 하이니켈 양극재 중 하나로 인정받고 있어서 NCM과는 달리 따로 구분되지 않습니다.

 

 파나소닉과 삼성SDI는 NCA를 주로 사용하는 배터리 업체로, 두 업체 모두 원통형 배터리의 양극재로 NCA를 적용하고 있습니다. 하지만 NCA는 중대형 배터리 셀에서 사용되지 않는 경우가 많습니다. 그 이유는 니켈 비중이 높아서 배터리의 에너지 밀도는 높지만 안정성은 낮아지기 때문입니다. 따라서 소형 배터리의 경우에는 NCA를 적용해도 안정성 확보가 용이한 편입니다.

 삼성SDI는 현재 소형 배터리에 니켈 함량이 88% 이상인 NCA 양극재를 적용하고 있습니다.  에너지 솔루션의 경우에는 NCM에 알루미늄을 추가한 NCMA를 미국 제너럴모터스(GM)와 공동 개발 중인 '얼티움' 배터리의 양극재로 적용하고 있습니다. NCMA를 통해 니켈 비중이 90% 이상이 될 경우 600km 수준의 전기차 주행 거리를 시현할 것으로 예측되고 있습니다.

 

 

 

4) LFP

 LFP(리튬·인산철)은 LCO에 코발트 대신 인산철을 사용한 양극재로, FPO로도 불립니다. 중국의 대표적인 배터리 업체인 CATL이 LFP 배터리에 주력하고 있으며, 테슬라에 전기차용 배터리로도 공급하고 있습니다. LFP 배터리는 코발트와 니켈 등 고가 금속들이 들어가지 않기 때문에 가격적으로 매력이 높습니다.

 또한 안전성 확보가 쉬워 차량용 이차 전지에도 적용하기 쉬운 기술적 난도가 낮은 편입니다. 따라서 중국 배터리 업체들은 주로 LFP 배터리를 생산하고 있습니다. 그러나 LFP 배터리는 무게가 무겁고 에너지 용량이 적기 때문에 중대형 배터리 셀에는 적합하지 않다는 평가를 받습니다. 이러한 단점 때문에 중국 외의 배터리 업체들은 LFP를 잘 사용하지 않고 있습니다.

 최근 완성차 업체들이 내연 기관 자동차에 버금가는 수준의 주행 거리를 갖춘 전기차를 개발하고 있기 때문입니다. 그럼에도 불구하고 테슬라는 LFP 배터리를 사용하여 중국 내수 시장에서 주행 거리가 480km 미만인 단거리용 전기차에 탑재될 수 있다고 판단하고 있습니다.

 즉, 주행 거리에 대한 요구 조건이 까다롭지 않은 중국 내수 시장에서는 LFP 배터리 채택이 더 효과적이라는 것입니다. 

 

BYD

 BYD는 중국 전기차 업계에서 LFP 배터리를 많이 채택한 대표적인 기업으로, 대형 전기 버스에 LFP 배터리를 적용하여 전기차 주행 거리 확보를 이루어냈습니다. 전기 버스의 경우 기존 내연 기관을 제거하고 LFP 배터리를 넣는 것이 비용적으로 유리하며, 시내버스 운행에도 문제가 없는 수준의 주행 거리를 제공할 수 있습니다.

 최근에는 중국 배터리 업체들도 LFP의 단점을 보완하기 위해 노력하고 있습니다. CATL은 LFP 배터리의 에너지 밀도를 향상시키기 위해 테슬라와 함께 '셀투팩(CTP)' 기술을 개발 중입니다. 해당 기술을 통해 배터리 셀과 모듈을 합쳐 전기차 내부 공간을 더 확보해 더 많은 배터리를 싣는 것이 목표입니다. 이를 통해 LFP 배터리의 성능을 개선하고 있습니다.

 

 

5) LMO

 LMO(리튬·망간·옥사이드)는 코발트를 망간으로 바꾼 양극재로서 LCO와 비교하면 코발트 대신 저렴한 망간을 사용하여 가격적으로 매력적입니다. 또한 망간 광산이 고루 분포되어 있어 공급의 안정성에도 큰 우려가 없습니다. LMO는 LFP와 유사한 특성을 가지고 있습니다.

 가격 매력과 안정성이 높지만 에너지 밀도가 낮다는 특징이 있습니다. LFP가 중국 전기차 및 배터리 시장에서 상당한 비중을 차지하고 있지만, LMO는 전기차용 배터리 시장에서는 인기를 얻지 못하고 있습니다. 현재 전기차용 배터리 산업에서는 LMO가 블렌딩용으로 주로 사용되고 있습니다. 즉, 다른 소재들과 섞어서 첨가하는 용도로 활용되고 있습니다.

 LMO는 NCM 등 하이니켈 양극재와 섞여서 안정성을 보완하는 역할을 하고 있습니다. 이런 방식으로 LMO가 다른 양극재와 혼합되어 사용되면서 전기차용 배터리의 안정성을 높이는 데 기여하고 있습니다.

 

 

■ 대표적인 국내 양극재 제조 업체

1) 에코프로비엠

 

에코프로비엠

 에코프로비엠은 하이니켈계 양극재 분야에서 시장점유율을 높이고 있는 기업으로, NCA 분야에서도 꾸준한 성장을 보이고 있습니다. 테슬라와 같은 기업에도 EV용 배터리 소재로 납품하고 있습니다.

 또한, 삼성SDI와 SK이노베이션 등에 양극재를 공급할 계획이 있으며, 유럽에 양극재 공장 가동을 계획하고 있습니다.

2) 포스코케미칼

포스코 케미칼

 

 포스코케미컬은 2019년 4월 1일에 양극재 회사인 포스코 ESM을 흡수합병하여 양극재와 음극재를 모두 생산하는 기업이 되었습니다. 광양 공장에는 연산 6,000톤 규모의 양극재 생산설비를 준공하고 있으며, 2023년까지 4단계 생산설비를 구축하여 연 100,000톤의 양극재 생산량을 달성할 계획입니다.

 

 

3) 엘앤에프

 엘앤에프는 2005년 8월에 설립된 자회사인 엘앤에프 신소재를 통해 리튬이온 이차전지용 양극활물질 사업을 시작했습니다.

 LG에너지솔루션과 SK이노베이션과는 대규모의 NCM 양극재 공급계약을 맺고 있으며, 그중 LG에너지솔루션과는 니켈 함량이 93%인 NCM을 공급할 예정입니다.

 

4) 코스모 신소재

 코스모 신소재는 기능성필름, 토너, 그리고 양극재를 생산하는 기업으로, 전체 매출의 약 50%를 양극재가 차지하고 있습니다. 소형 IT기기 배터리에 사용되는 LCO를 주로 판매했으며, 최근에는 하이니켈 NCM 양극재를 LG에너지솔루션에 공급할 예정입니다.