1.1. LG화학 - 전기차 배터리 1위
* LG화학 전기차 배터리 시장에서 승부수를 띄우다.
2019년 1월 LG화학 대표이사가 변경되었다. 기업 변화를 예고하는 것인지? 이전 대표이사였던 박진수 부회장은 LG화학을 2012년부터 이끌었던 분이다. 과거 이력을 보면 석유화학 분야에 치우쳐 있는 것을 볼 수 있는데 이번에 교체된 신학철 부회장은 한국3M 출신이다. 계속 3M에 있었고 마지막 근무 년인 2011년 3M 해외부분 수석부회장까지 역임한 글로벌한 인물이다. 이차전지 글로벌 비즈니스 전개에 유리한 리더가 필요한 것일까? 대표이사 변경 이후 조직 개편이 이루어졌고 전지사업본부장 김종현 사장은 유임이 되어 기존 전지사업의 전략은 크게 변경되지 않을 것으로 추측된다. 지금의 전기차 배터리 산업은 시장 초입 시점이라 기업의 전략적 선택이 중요한 시점이다. 점점 가시화되는 LG화학의 전략적 선택이 향후 어떤 결과를 보일 것인지 아주 궁금하다.
[그림] 2019년, 2020년 1~5월 누적 글로벌 전기차용 배터리 사용량 순위[우1]
중국 CATL, 일본 파나소닉, 한국 삼성SDI, SK이노베이션이 LG화학과 경쟁하는 대표적인 자동차용 배터리 제조 기업들이다. CATL은 중국 정부의 전폭적인 지지를 받아 2019년 자동차용 배터리 제조 세계 1위를 차지하였다. 이 시기에 한국 기업들의 중국 법인에서는 전기차용 배터리 생산 중단을 할 수밖에 없는 차별을 받았다. 일본 파나소닉은 미국 전기차 기업에 원형 배터리를 납품하면서 전기차 시장을 주도하고 있고, 삼성SDI는 독일 자동차 부품기업 보쉬와 합작을 했으나 다시 해체하면서 전략 수정을 할 수밖에 없게 되었다. SK이노베이션은 분리막 제조를 바탕으로 자동차 배터리 시장이 개화됨에 따라서 적극적인 투자를 진행하고 있다. 이런 상황에서 LG화학의 전기차 배터리 전략은 어떻게 전개될 것인가?
* ‘Stack & Folding’ 으로 전기차용 파우치 배터리 기술을 완성
LG화학의 전기차 배터리 기술력은 자타공인 1위 수준이다. 각종 리서치를 따르면 자동차 배터리 쪽에 가장 선두에 있는 기업이라는 것이 공통적인 견해이다. 기술력을 세계적으로 인정받고 있는 1위 기업이고 리서치 결과에서도 리딩 업체로서 자리매김을 계속할 것으로 보고 있다. 현재 LG화학이 가장 많은 전기차 제조 고객을 확보하고 있다. CATL은 중국기업으로 특수한 상황에서 2019년 전기차용 배터리 점유율 24.9%로 1위를 달성하였다. 2020년부터 이 체계가 향후 진검승부가 일어날 것이다. 가장 기술력으로 인정받고 있는 회사는 LG화학이라는 것은 굳이 부인할 수 없다. LG화학의 기술경쟁력을 보면 배터리 제조기술에서도 기술적인 우위를 가지고 있다. 가장 쉽게 접근할 수 있는 와인딩 방식을 사용하는 것이 아니라 “스택 앤 폴딩” 방식을 사용해 배터리를 만드는데, 애플에서 아이폰9 배터리로 검토한 L자형 배터리를 만들 수 있는 유일한 기술로 LG화학이 선택된 것으로 보면 차별화된 배터리 기술 보유를 널리 알린 계기가 되었다.
[그림] 애플9용으로 검토된 LG화학의 L자 배터리[우2]
(출처 : ifixit.com)
일반적인 배터리 기업들이 많이 사용하는 극판 제조기술이 와인딩 방식이고, 양극과 음극, 분리막을 쉽게 와인딩 해서 만드는 방식이다. 이 방식이 가장 생산성이 높고 쉽게 만들 수 있는 방법이다.
[그림] 특허 기술 ‘Stack & Folding’ 구조
(출처 : LG화학 홈페이지)
LG화학의 자체 특허 기술인 'Stack & Folding 구조'는 1개 이상의 Bi-cell을 분리막 위에 쌓고(Stack) 접는(Folding) 구조로, 초슬림 배터리를 구현할 수 있다. ‘Bi-cell’ 은 양극, 분리막, 음극을 한 단위로 A-type, B-type 으로 양극과 음극이 만나지 않는 구조로 만든다. 계속적으로 Stacking 하는 것보다는 쉽게 극판을 쌓을 수 있다. Bi-cell 로 만들어 Lamination 하고 folding 하는 순서로 극판을 제조하는 방식이다. 일반적인 폴리머 구조인 Winding 구조 방식에서는 구현이 어려운 LG화학 파우치 방식만이 제공할 수 있는 차별화된 솔루션이다.
[그림] Lamination & Stacking 기술 장점 (출처 : LG화학 홈페이지[우3] )
셀 내부 Dead Space 최소화 : Winding 방식으로 극판을 제조하면 절곡 사각면에 Curve 형상이 생겨 배터리 내부를 완전히 양극재로 채울 수 없다. Lamination & Stacking 방식으로 제조하면 배터리 내부를 여백 없이 완전히 채울 수 있다.
장수명 가능 셀 구조 : Winding 방식은 장기간 충방전이 진행되면 극판 형태가 틀어지면서 배터리 내부가 부풀어 오를 수 있다. Lamination & Stacking 방식은 극판 구조상 내부 구조 변형이 적다.
기계적/열적 안정성 : Winding 방식은 Fe Ball(금속성 이물)이 극판 내부로 침투 수 있다. 일단 금속성 이물이 침투되면 누설 전류가 발생하여 Dendrite 현상으로 분리막을 뚫고 양극과 음극간의 쇼트 불량을 야기할 수 있다. Lamination & Stacking 방식은 극판 표면이 필름으로 Lamination 되어 있어 금속성 이물 침투를 막을 수 있다. 이런 방식으로 LG화학은 고에너지 밀도를 구현하고 소형화가 가능하다. 잦은 충방전에도 안정적인 구조를 유지하여 경쟁사 보다 더 긴 수명 특성을 구현할 수 있다.
안전성과 성능도 좋지만 Lamination, Folding, Stacking 공정이 추가로 들어가기 때문에 극판 조립 속도가 기존 와인딩 방식보다는 빠르게 제조할 수가 없다. 그래서 생산성 부분이 불리하다. 쉽게 설명하면 와인딩 방식은 원형 두루마리 휴지를 만들 듯 둘둘 마는 방식이고, 스택 & 폴딩 방식은 각티슈 같이 층층이 쌓아서 접는 방식이다. 초슬림 배터리 구현 및 독창적인 모양으로 변형이 가능하다. 단점은 제조 속도가 상대적으로 느리다. 와인딩은 뒤틀림 및 수명 단축의 불합리 현상이 있다. LG화학의 입장에서는 스택 & 폴딩 방식이 배터리 안전성에는 가장 유리하다는 것을 알고 기술 선점을 하고 있지만 향후 배터리 증설을 통해서 생산성 확보 경쟁에 들어갔을 때는 와인딩 방식에 비해서 복잡한 공정이므로 설비 셋업하는 시간이 많이 걸릴 가능성이 높고 투자비가 더 많이 투입되는 불리한 점이 있다.
[그림] 파우치 배터리 셀
(출처 : LG화학 블로그)
* 자동차 기업들과 협력
LG화학의 자동차 배터리가 경쟁력 1위라는데 그 이유는 무엇인가? LG화학이 잘 하게 된 이유는 미리 시장을 선점했기 때문이다. 삼성SDI 경우는 BMW와 양산에 들어간 시점이 2013년 시점으로 LG화학은 전기차 쉐보레 볼트로 2009년 미국에 공장까지 세웠다. 소형 배터리에서는 삼성SDI가 경쟁 우위를 보이고 있지만 자동차 부문에서 늦어진 이유가 LG화학에 비해 2~3년 뒤 전기차 시장에 진입했기 때문이다. 그래서 LG화학은 여러 전기차 기업들과 다양한 경험으로 노하우가 축적돼 있는 상태이다. 어떻든 소형에서도 1~ 2위를 다투고 있는 상황에서 자동차 시장에 빨리 진입함으로써 노하우가 다른 배터리 기업들에 비해 많이 축적되어 있는 상태이다.
2019년 6월 중국 선두권 자동차 기업인 지리자동차와의 합작법인 설립을 발표하였고, 5월에는 볼보 자동차그룹과 `차세대 전기차 프로젝트`에 적용될 리튬이온 배터리 장기 계약을 체결했다. 구체적인 공급 규모는 밝히지 않았지만 관련 업계에서는 최근 차세대 전기차 프로젝트가 5년 이상 장기 계약으로 전용 플랫폼을 통해 대량 생산한다는 것이다. 볼보가 전기차를 집중 육성하는 점 등을 고려할 때 최대 10조원에 달할 것으로 내다보고 있다. 볼보는 스웨덴 기업인 것으로 알려져 있지만 볼보의 최대주주는 지리 자동차다. 어떻게 보면 볼보 계약을 따낸 것과 지리 자동차와의 합작은 비슷한 상황이라고 볼 수 있다. 2020년부터 테슬라 모델3 중국 생산차에 LG화학의 원통형 배터리가 공급되고 있다. 이렇게 LG화학은 중국에서 배터리 사업 규모를 성공적으로 키우고 있다.
[그림] 2020년 중국 전기차 배터리 점유율
2020년 1월 ~ 10월 누계를 보면 CATL 49.4%, BYD 14.7%, LG화학 8.1%로 중국에서 전기차 배터리 점유율 3위를 위치하고 LG화학 배터리가 장착된 Tesla Model Y 가 출시되면 점유율은 더 높아질 것이다.
이런 자동차 기업들과 합작은 삼성SDI가 보쉬하고 과거 합작사를 설립한 사례가 있었다. 하지만 이것은 결국 끝났다. 이 합작은 왜 끝난 것인가? 자동차 기업은 아니지만 실제 보쉬의 위상은 자동차 부품 1위면서 거의 자동차 회사와 맞먹는 파워를 가지고 있는 기업이다. 그런 1위 기업과 삼성SDI가 같이 합작사를 했다는 것은 대단한 기회였다. 삼성SDI는 자동차 산업을 해본 경력이 없었고 IT 산업에서는 강자였지만 자동차 부품 최강자인 보쉬와의 합작은 삼성SDI 입장에서는 자동차 산업을 배울 수 있는 기회였다. 하지만 결국 보쉬가 필요한 것은 배터리 셀 제조기술 확보였다. 보쉬같은 기존 자동차 산업의 강자들과의 거래는 쉽지가 않다는 것이다. 이런 보쉬도 현재 배터리 생산 포기를 선언한 상태다. 배터리 대량 생산이 쉽지 않다고 판단한 것이다. 이 결정도 중요한 사례이다. 지속적으로 자동차 기업들이 배터리 자체 생산 선언을 많이 하고 있지만 보쉬 사례를 보면 그것은 쉽지 않다는 것을 간접적으로 유추해 볼 수 있다.
향후 테슬라의 전기차 생산량을 넘어설 가장 유망한 기업이 폭스바겐으로 예측되고 있다. 이런 폭스바겐에 처음 배터리를 공급한 기업이 삼성SDI이다. 초기 전기차 모델인 MQB, e-Golf 까지 공급했고 본격적인 전기차용 플랫폼 MEB에는 삼성SDI는 배터리 공급량을 축소하고 있다. 그 이후 폭스바겐은 배터리 공급사 숫자를 계속적으로 늘리고 있다. LG화학, CATL, SK이노베이션, 노스볼트까지 공급계약을 하고 있고 이런 상황에서 LG화학은 파우치 영역에서 중복되는 SK이노베이션과의 소송을 시작하게 되었고, 이 소송은 폭스바겐 미국 공장에 SK이노베이션이 배터리 공급 계약을 함으로써 촉발되게 된다.
삼성SDI는 실적발표시 시장 성장과 맞춰 우량 고객과 프로젝트 중심으로 적극적 수주 활동을 전개하고 있다고 발표를 하였다. 폭스바겐, 테슬라는 우량 고객일까? 초기 전기차 프로젝트 수행에서는 배터리지 제조사들의 수익은 없었다. LG화학이 2020년 1분기, 삼성SDI는 3분기부터 전기차용 배터리에서 이익이 나기 시작한다. 이를 계기로 LG화학은 배터리 부문을 분사하여 ‘LG에너지솔루션’ 이라는 이름으로 물적분할을 진행하게 된다. 기존 LG화학은 양극재 생산 등 배터리 벨류체인 기업으로 배터리 산업을 유지하고 LG에너지솔루션은 배터리 조립 기업으로 사업을 영위하게 될 것이다.
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