2차 전지 기술은 어디까지 발전했을까? (시장점유율 및 국내업체 리스트 포함)

2차전지 기술의 혁신을 통해 스마트기기 보급이 급속도로 확대되며 ‘사물배터리(Battery of Things, BoT)’ 시대가 도래되었습니다.

 

자동차의 전원으로 사용된 납축전지(1세대)에 이어 니켈계전지(2세대)가 발명되며 이동성이 부여된 휴대용 전자기기 시장이 급성장하게 되었죠.

 

1991년 소니(Sony)에서 리튬이온전지(Lithium-ion battery, LIB)를 개발하며 2차전지 개발 경쟁에 종지부를 찍었으며, 현재는 리튬이온전지가 휴대용 전자기기의 필수품으로 적용되어 스마트기기 시대를 선도하고 있습니다.

 

* 리튬이온전지 : 납축전지의 환경유해성 및 니켈계전지의 치명적 약점인 메모리효과에서 자유로우며, 기존 전지 대비 월등한 질량당/부피당 에너지밀도를 보임 * 메모리 효과 : 사용 도중 충전하는 것을 반복하면 방전전압이 낮아지고 방전용량이 공칭용량보다 작아지게 되는 현상

 

리튬이온전지의 활용 범위 및 수요 확대에 따라 시장은 지속적으로 확대될 전망인데 전기차 시장의 급성장에 힘입어 리튬이온전지 세계시장 규모는 연평균(’18-’25) 27% 증가하여 ’25년에는 1,190억 달러(’18년 대비 약 4배)에 이를 것으로 예상되고 있습니다.

 

세계 각국의 신재생에너지 확대정책 또한 전원장치의 수요를 증가시키는 원인으로 작용하고 있으며, 신재생에너지의 불안정한 공급-수요 균형을 조절하는 에너지저장시스템(Energy storage  system, ESS)은 신재생에너지 보급 확대를 위한 핵심기술입니다.

 

그러나 리튬이온전지의 안전성 문제가 지속 제기되고 있으며, 핵심소재의 해외 의존 및 기술한계 봉착으로 인한 개발경쟁 과열 등 이슈가 심화되는 상황입니다.

 

안전성	리튬이온전지 내 전해질(액체 또는 겔)은 열폭주(Thermal runaway)에 의한 발화 위험성을 지니고 있으며 다수의 폭발 사례가 발생하며 안정성에 대한 우려가 고조되는 추세 ＊미국 테슬라 전기차(모델 X) 폭발로 인한 사망 사고(’18.3.23)
해외의존	배터리 구성 소재(요소)에 대한 한국의 시장지배력은 미미한 실정으로 일본 및 중국 기업에 대한 의존도가 높음     ＊양극(활물질), 음극(활물질), 분리막, 전해질
기술한계	리튬이온전지의 용량은 약 5년 이내 한계에 도달할 것으로 예측되고 있으며, 기술 개선의 한계로 인해 가격 중심의 개발 경쟁은 심화될 전망 ※ 전기차용 전지의 경우, 경쟁 심화로 인해 최근 5년간 용량은 약 50% 증가한 반면 원가는 30%이상 하락하는 등 급격한 레드오션화

 

배터리 구성 소재 별 시장지배력을 가지고 있는 회사들은 다음과 같습니다.

 

구분	소재(요소)별 글로벌 순위(’17년 글로벌 점유율 기준)
분리막	1위 아사히카세이(일본) 2위 도레이(일본) 3위 SK이노베이션(한국)
전해질	1위 미쓰비시화학(일본) 2위 틴쯔카이신(중국) 3위 캡켐(중국)
양극활물질	1위 유니코어(벨기에) 2위 샨샨(중국) 3위 니치아(일본)
음극활물질	1위 BTR(중국) 2위 샨샨(중국) 3위 히타치(일본)

※ 출처: 매일경제(2019), 반도체는 시작일뿐...車‧배터리로 ‘화이트리스트 공포’ 확산, 2019.07.04

 

‘2차전지(Secondary battery)’는 반복적인 충‧방전을 통해 반영구적으로 사용가능한 전지로서 ‘충전식전지(Rechargeable battery)’로도 정의되는데 일반적으로 양극과 음극, 양극과 음극의 내부접촉을 방지하는 분리막, 그리고 전해질(Electrolyte)로 구성됩니다.

 
외부 전선을 통한 전자의 이동, 전극에서의 전기화학반응, 전해질에서의 이온 이동은 동시다발적으로 이루어지며, 이러한 과정을 통해 전지의 충/방전이 이루어지고, 충전 시 전자와 이온은 양극 활물질(Active material)에서 해방되어, 전자는 외부 회로를 통해 이온은 전해질을 통해 음극 활물질로 이동합니다(전기화학적 변환은 양극과 음극의 전위차를 발생시키며, 전기에너지를 화학에너지 형태로 변환하여 저장하였음을 의미).

 

방전은 외부에너지의 추가 없이 전극물질의 자발적 화학반응을 통해 이루어지며, 충전과 반대의 과정을 통해 화학에너지가 전기에너지로 변환되어 전자기기에서 사용되게 됩니다.

 

이차전지 구조 및 원리 모식도(출처: SDI STORY by Samsung SDI)

 

특히, 리튬이온전지가 모바일 IT기기용 소형전지, 전기차(EV) 및 대용량 전기저장장치(ESS)용 중·대형 전지 등에 대한 시장 수요 급증하고 있습니다.

 

리튬이온전지 산업은 전기차 시장 확대에 힘입어 급성장하고 있으며, 각 국의 2차전지 시장 주도권 확보를 위한 점유 경쟁이 과열되고 있는 상황이죠. 

 

ESS용 2차전지 시장 또한 지속 확대될 것으로 예상되며, 특히, 삼성SDI와 LG화학이 세계시장 점유율 50% 이상을 차지하고 있는데 전기차용 2차전지 대비 시장규모가 작아 향후에도 국내 양사가 업계를 주도할 전망입니다.

 

리튬이온전지 소재는 2000년대 초반까지 일본이 시장을 주도하였으나, 한국 및 중국 업체의 성장으로 공급망이 다양화되고 경쟁이 치열해진 상황입니다. 

 

국내 기업은 세계 전기차용 중‧대형 전지 시장에서 중국의 시장지배력과 자국 산업 보호정책, 일본의 기술력 사이에서 고전하였으나, 점차 세계시장 점유율을 확대하며 2020년 1월 기준, 30%(LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션의 합계)달성에 성공했습니다.

 

전기차용 이차전지 세계시장 점유율(1월 기준)

순위	제조사	2020년 점유율	2019년 점유율
1	Panasonic	27.6	11.5
2	LG화학	22.9	9.0
3	CATL	21.8	28.9
4	삼성SDI	5.1	3.9
5	AESC	4.6	4.9
6	BYD	3.5	17.9
7	SK이노베이션	2.8	1.2
8	Guoxuan	2.6	2.4
9	PEVE	2.3	2.1
10	EVE	0.9	1.9

※ 출처: 조선비즈 ‘LG화학, 中 CATL 제쳤다... 韓 배터리 점유율 첫 30% 돌파’(SNE Research 제공), 20.03.02

 

국내 2차전지 소재 별 제조 업체 리스트

분류	업체
셀	LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션
양극재	엘앤에프, 에코프로비엠, 코스모신소재, 에스티엠, 포스코케미칼
음극재	포스코케미탈, 대주전자재료(SiOx), 더블유에프엠(SiOx), 일진머티리얼즈(동박), KCFT(동박)
분리막	SK이노베이션, 대한유화(분리막 원단), LG전자(SRS Coating)
전해질	솔브레인, 파낙스이텍, 후성(LiPF6)
부품	신흥에스이씨(CID/Cap  Assembly), 나라엠앤디(사출부품), 상아프론테크(Seal Gasket/Insulator), 상신이디피(Can)
장비	브이원텍, A-PRO, 피엔티, 엔에스, 디에이테크놀로지, 씨아이에스

※ 출처: NH투자증권 리서치본부

 

우리나라 2차전지 기업은 세계 최고 수준의 시장점유율을 확보하고 있으나, 핵심소재의 대외 의존도가 높아 이를 극복하기 위한 정부 차원의 노력이 필요합니다.

 

ESS용 2차전지 시장은 국내 기업이 세계시장의 50% 이상을 점유하고 있으나, 핵심소재의 대외의존성이 높은 Multi Vendor 체제 유지 중이기 때문에 2차전지가 국가 성장 동력으로 작용하기 위해서는 핵심소재의 국산화를 통해 견고한 내수 가치 사슬을 형성하고, 수익의 연구개발 재투자를 통해 국내기술 향상의 선순환 구조를 확립하기 위한 방안 마련이 필요할 것으로 보입니다.

 

 

 

* 문헌참고 : [KISTEP 기술동향브리프] 이차전지 (2020-03)