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중국 전기자동차 시장의 새바람, 삼원계 리튬 배터리

국가 정책의 변화는 중국내에서 전기 화물자동차를 포함한 전기자동차 확산을 이끌고 있다. 이는 지난해의 상황보다 휠씬 더 커졌다. 중국 정부는 중국 업체들의 전기자동차 확산을 위해 전기자동차 생산 및 배터리 등 관련 부품 개발을 위한 지원을 더욱 강화하고 나섰다.

최근 수 년 동안 신에너지 자동차(NEV; New Energy Vehicle) 시장이 급속한 성장을 했다. 중국의 파워용 리튬 배터리 시장도 크게 발전했다. 중국의 한 통계에 따르면, 지난해 2016년 1월부터 4월까지의 파워 배터리 시장의 출하량이 3.42Gwh를 보였다. 전년도 같은 기간에 비해 2.38배 늘어났다. 중국의 파워 배터리 시장 출하량은 2016년에 90% 늘어난 총 30Gwh에 달할 전망이다.

현재 시장은 서로 다른 원료에 의한 시장으로 나뉘어 있다. 기존 테스트 배터리는 리튬 인산철(LFP) 배터리, 삼원계 리튬 배터리(NCA, NCM 포함), 리튬 망간 산화물, 리튬 코발트 산화물, 니켈 수소 배터리, 리튬 티탄니트가 사용되어 왔다. 지금까지 리튬 인산철 배터리가 중국 전기자동차 시장에서 배터리 유형의 주류를 차지해 왔으나, 최근 수 년간 삼원계 리튬 배터리의 성장세가 만만치 않다.

중국 정부의 통계에 따르면, 2016년 1월부터 4월까지 중국의 리튬 인산철(LFP) 배터리 출하량은 전년대비 2배 이상 증가해 2.6Gwh를 보였다. 이는 전체 시장의 75.3%에 달한다. 삼원계 리튬 배터리는 이 기간동안 771.51Mwh를 보였다. 그러나 이는 전년대비 3.47배 성장한 것이고, 전체 시장에서의 비중도 22.6%로 크게 늘어난 수치이다.

삼원계 리튬 배터리는 높은 에너지 밀도, 탭 밀도, 전기 화학 안정성, 재충전 성능 및 기타 특성으로 중국에서 새로운 강자고 떠올랐다. 또한 출력 전압이 높고, 출력 전력이 비교적 크고, 저온 성능이며, 전천후 온도에 적응할 수 있다는 장점이 있다. 점차적으로 자동차 제조업체와 모든 연령대의 소비자들이 선호하기 시작했다.

지난 2016년 1월부터 4월까지의 통계발표에 따르면, 삼원계 리튬 배터리는 승용차, 버스 및 특수차에서 각각 344.0%, 189.6%, 579.9%의 급성장세를 보여줬다.

중국 JAC 모터스는 전기자동차에 3중 리튬 배터리를 채용했다.
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이미지. 중국 JAC 모터스는 삼원계 리튬 배터리를 채용한 최초의 SUV 전기자동차 iEV6s 모델을 출시했다.]

 

니켈, 코발트, 망간 3종 물질을 함께 양극 재료로 사용하는 삼원계 리튬 배터리는 리튬 인산철(LFP) 배터리에 비해서 작은 크기로 고밀도 저장이 가능하다. 이 시장은 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션과 같은 한국 배터리 업체들이 주도하고 있다. 세계 시장은 미국 테슬라에 배터리를 공급하고 있는 일본 파나소닉이 시장을 주도하고 있다. 중국에서도 현지 대규모 배터리 공장에서 삼원계 리튬 배터리 생산을 통해 시장을 확보하고 있다. 중국 전기자동차 업체들의 삼원계 리튬 배터리 채용이 늘어날 계획이며, 중국 배터리 업체들의 삼원계 리튬 배터리 개발도 점차 늘어날 전망이다.

현재 베이치 뉴에너지(Beiqi New energy), JAC, JMC, Chery, Zotye 및 기타 신에너지 승용차가 대부분 삼원계 리튬 배터리를 주로 채용하고 있다. BYD 만이 리튬 인산철 배터리를 고집하고 있다. 최근에는 BYD도 중국 2위 배터리 제조업체 CATL와 함께 삼원계 배터리 개발을 추진할 것으로 알려졌다. 배터리 적용 시장도 삼원계 리튬 배터리로 빠르게 변화해 갈 전망이다. 중국 산업성이 발표한 ’도로 차량 제조업체 및 제품’에서는 103종의 신에너지 모델의 69%인 71개 모델이 삼원계 리튬 배터리를 채용한 것으로 나타났다. 메인 배터리가 된 것이다.

그러나 삼원계 리튬 배터리는 리튬 인산철 배터리에 비해서 안전성과 고온 성능이 떨어진다. 이에 승용차와 화물차 같은 특수차량에서 주로 채용되어 왔다. 그러나 버스 분야에서는 안전성을 이유로 채용이 늦어지고 있다. 지난해 장 시앙무(Zhang Xiangmu) 중국 산업정보성(MIIT; Ministry of Industry and Information Technology) 설비산업부장이 주관한 ’China EV100 Forum 2016’ 미팅에서는 파워 배터리의 안전성을 심각하게 논의했다. 결국 신에너지 자동차 추천 모델 리스트에서 삼원계 리튬 배터리 채용 버스는 보류하는 것으로 결정했다. 이러한 결정이 삼원계 리튬 배터리 전기 버스에는 심각한 타격을 미쳤다.

이러한 버스 분야에서의 제동에도 불구하고, 승용차와 특수차 분야에서의 삼원계 리튬 배터리 시장은 성장 속도를 늦추지 않고 있다. 오히려 더욱 성장 속도를 높이고 있다. 신에너지 전기자동차의 승용차 시장에서 40.1%와 특수차 시장에서 52.4%에서 삼원계 리튬 배터리를 채용하고 있다.

중국 정부가 삼원계 리튬 배터리 버스에 대한 재정 지원 중단으로 어느 정도까지는 삼원계 리튬 배터리의 개발에 악재를 끼쳤다고 할 수 있다. 그러나 이것으로 삼원계 리튬 배터리의 전반적이고 급속한 발전을 막지는 못하고 있다.

중국의 통합 솔루션 제조업체 동구안 파워 롱 배터리 테크놀로지(Dongguan Power Long Battery Technology)는 ”향후 삼원계 리튬 배터리의 에너지 밀도와 가격적인 장점은 지속적으로 확장될 것이다. 또한 안전성에 대한 지속적인 개선과 모든 모델 타입에서의 적용은 계속 확장될 것”이라고 전망한다. 특히 승용차 분야에서 빠른 확산이 기대된다. 물론 ”다른 분야에서도 삼원계 리튬 배터리 시장은 큰 폭의 성장세를 보일 것”이라는 분석이다.

미국의 리서치 업체인 innoTAP은 2016년 중국의 삼원계 리튬 배터리 시장 수요가 9.0Gwh에 달할 것이라고 보고, 2020년에는 60Gwh까지 성장할 것이라고 전망했다. 이는 연간 111%의 고성장을 지속한다는 의미이다. 이는 중국 전체 배터리 시장의 60%에 달하는 수치이다. 결국 삼원계 리튬 배터리가 메인 시장이 될 것이라는 분석인 것이다.

JAC 모터스는 삼성의 3중 리튬 배터리를 채용한 SUV형 전기자동차를 출시했다.
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이미지. 중국 JAC 모터스의 SUV 전기자동차 iEV6s 모델에는 삼성SDI의 삼원계 리튬 배터리가 채용된 것으로 알려져 있다.]

 

삼원계 리튬 배터리(Ternary lithium battery), 전기자동차 확산에 기여

중국 산업정보성(MIIT; Ministry of Industry and Information Technology)에서 발간한 ’신에너지 자동차(NEV) 확산 추천 카탈로그’에서는 91대의 전기 특수 차량을 선정해 발표했다. 이 중에서 87%에 달하는 79대가 전기 화물 밴 자동차다. 전기 화물 밴 자동차 개발에 대한 국가적인 지원은 삼원계 리튬 배터리에 대한 의존도를 더욱 키워 나갈 전망이다.

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삼원계 리튬 배터리(Ternary lithium battery)는 전기자동차에서 핵심적인 에너지원 역할을 한다. 중국내 전체 신에너지 전기자동차(NEV) 464개 모델 중에서 312개 모델이 삼원계 리튬 배터리 전기자동차다. 신에너지 자동차의 67.24%를 차지는 것이다. 또한 203개 모델의 신에너지 승용차중에서도 140 모델이 삼원계 리튬 배터리를 채용했다. 이는 68.96%에 달한다.

삼원계 리튬 배터리가 중국에서 주류가 됨에 따라, 이를 채택한 신에너지 자동차의 충전능력과 전지 에너지 밀도 시스템이 크게 향상됐다. 카탈로그의 통계에 따르면, 전체 전기 자동차의 57.14%가 1회 충전 주행거리를 200Km에서 300Km까지 달성해 주류를 이루고 있다. 300Km 이상(300Km ~ 385Km)의 주행성능을 가진 자동차도 11개 모델에 달한다.(12.9%)

배터리 에너지 밀도에서도 큰 진전을 보이고 있다. 전체의 57개 모델에서 100WH/Kg에서 120WH/Kg의 배터리 에너지 밀도를 보였으며, 120WH/Kg 이상을 보인 모델도 25개에 달했다.

삼원계 리튬 배터리 원료 시장 주목

삼원계 리튬 배터리의 핵심 원료인 3중 원료 시장도 덩달아 주목받고 있다.

리포트링커(Reportlinker)의 2016년 보고서에서는 글로벌 3원계 원료 제조사들은 일본, 한국, 중국에서 주도한다. 이들이 글로벌 시장의 50%를 담당하고 있다. 일본 기업은 기술에서의 전문성과 높은 경험치을 자랑한다. 한국 기업은 기술과 품질 모두에서 일본 기업들을 따라잡고 있으며, 일부 기업들은 이를 넘어서기도 했다. 반면 시장에 늦게 진출한 중국은 10% 미만의 낮은 마진으로 품질 균등이 심각한채로 중저가 시장에 머물고 있다.

이들의 원재료 시장도 들썩인다. 니켈, 코발트, 망간 등의 원료를 제공하는 호주 및 콩고, 캐나다 시장이 주목받고 있다. 또한 중국 자본은 이들 지역 광산에 대한 지분 인수 및 자본 투자를 통해 원료 확보에도 적극 나서고 있는 중이다.

이들 삼원계 원료 제조사들은 향후 원재료 가격이 상대적으로 높은 코발트의 비중을 최소화하고 가격이 저렴한 니켈의 비중을 높이는 연구를 지속하고 있다. 코발트는 니켈에 비해 5배 이상 비싸다. 이에 배터리 업체들도 리튬 코발트 배터리를 축소함은 물론, 삼원계 리튬 배터리로 옮겨가고 있는 것과 함께 코발트 비중을 줄이는데 큰 관심을 보이고 있다. 일본 파나소닉은 니켈 비중을 80%까지 확대한 배터리를 테슬라에 공급하고 있으며, 향후 85%까지 니켈 비중을 확대한다는 계획이다. 국내 기업들도 코발트 비중을 낮추고 니켈 비중을 높이는데 큰 관심을 보이고 있다. 니켈 비중을 80%까지 확대하는 방안을 연구중이다. 대표적인 NCM 삼원계 리튬 배터리의 원료 배합 비중은 ’니켈 60: 코발트 20: 망간 20’이 일반적이었다.

현재 중국의 삼원계 원료 시장은 점차 내수 공급이 확대되고 있다. Hunan Shanshan Advanced Material, Xiamen Tungsten, Ningbo Jinhe New Materials, 그리고 Shenzhen Zhenhua New Materials 등 4개사가 주도하며, 중국 내수 시장의 50%를 확보하고 있다. 향후에는 기술력과 자본력을 갖춘 중국내 상장 기업들이 주도해 나갈 전망이다.

한편, 중국에서의 2015년 NCM 삼원계 원료 출하량은 전년대비 45.2% 증가한 30,500톤을 기록했으며, 생산액은 32억 7000 위안으로 전년대비 35% 늘어났다. 이는 전기자동차의 2차전지 배터리 수요와 코발트 가격 상승에 대한 LCO(lithium cobaltate) 대체 수요의 증가에 기인한다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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