2021-04-16 18:13 (금)
미국의 배터리 시장동향
미국의 배터리 시장동향
  • 심선식 기자
  • 승인 2021.03.05 18:12
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- 한국, 일본 등 미국 리튬배터리 시장 선점
- 전고체 배터리 개발도 진행 중

산업조사 전문기관 Markets and Markets Knowledges에 따르면, 2020년 미국 리튬배터리 내수시장 규모는 약 60억 달러이다. 전체 북미시장 수요의 75%를 차지한다. 친환경적이고 지속 가능한 제품에 대한 미국 소비자의 인식이 높아지고 전기차 및 소형 전자기기 수요가 증가하면서 리튬배터리 시장도 급성장 중이다. KOTRA 미국 시카고무역관이 미국의 배터리 시장동향에 대해 정밀 분석하였다.

미국 소형 전자기기산업 내 리튬배터리 수요 규모는 2020년 10억6100만 달러에서 2025년 20억1700만 달러로, 자동차산업 내 리튬배터리 수요 규모는 2020년 13억8800만 달러에서 2025년 27억9800만 달러에 이를 것으로 전망된다. 또한 2025년까지 미국 리튬배터리 시장은 연평균 약 14.6%씩 성장해 119억 달러에 달할 것으로 예상된다.

시장조사 전문기관 IBIS World에 따르면, 2020년 리튬배터리 미국 제조시장 규모는 약 40억 달러이다. 일본의 파나소닉이 45.8%, 한국의 LG화학이 11.1%로 리튬배터리 제조부문 1, 2위를 차지하고 있다. 그 뒤를 EnerSys(미국) 3.7%, A123 Systems(중국) 3.3%, Samsung SDI(한국) 2.7%가 잇고 있다.

미국은 주요 리튬배터리 수입국이기도 하다. 2020년 미국은 약 47억3000만 달러 규모의 리튬배터리(HS Code 850760 기준)를 수입했디. 주요 수입국으로는 중국(43.4%), 한국(19.49%), 일본(13.23%)이 있으며 한, 중, 일 세 국가가 차지하는 수입 비중은 전체 수입액의 76% 이상을 차지한다. 이 밖에도 독일, 헝가리, 말레이시아, 폴란드가 전년대비 세 자리 수 수입 증가율을 기록했다.

2020년 미국은 16억5000만 달러 규모의 리튬배터리(HS Code 850760 기준)를 수출하였다. 미국 리튬배터리 주요 수출국은 스페인(16.17%), 네덜란드(15.73%), 캐나다(15.11%) , 중국(11.68%), 영국(10.95) 순이다. 통계에 따르면, 최근 대스페인과 대중국 수출비중이 급격하게 증가한 것으로 나타났다.

리튬배터리 기업 및 제품 개발 동향

미국 리튬배터리 시장점유율 1위 파나소닉은 테슬라(Tesla)와 2014년 합작투자해 미국 시장에 진출했다. 파나소닉은 2014년부터 2020년 1분기까지 테슬라와 독점계약을 통해 리튬배터리를 공급해왔다. 2020년 9월 테슬라가 발표한 자체 개발한 신형 배터리 4680의 생산도 파나소닉이 맡게 됐다. 파나소닉과 테슬라의 독점계약은 종료됐으나 향후에도 그 관계는 이어질 것으로 전망된다.

테슬라가 발표한 신형 배터리 4680 자체 개발은 전기차 원가의 40%에 달하는 배터리 단가를 절감하기 위한 핵심 프로젝트이다. 테슬라는 2019년, 배터리셀 기술을 보유한 맥스웰 테크놀로지(Maxwell Technologies)를 인수했으며 2020년에는 캘리포니아 프리몬트 테슬라 공장 인근에 배터리셀 시험 생산라인을 구축했다. 테슬라의 신형 배터리는 에너지 효율이 5배 늘면서 주행거리가 16% 증가하고 생산비용 56% 절감이 가능하다고 알려졌다. 테슬라는 배터리 가격을 최대한 낮춰 내연기관차와 비슷한 가격대의 차량을 만들 계획이다.

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테슬라 네바다 기가팩토리 자료: 테슬라 공식 홈페이지


미국 리튬배터리 제조부문 2위인 LG화학은 미국 자동차 제조사 GM과 리튬배터리 제조를 위한 합작법인 얼티엄 셀즈(Ultium Cells)를 설립했다. GM은 기존 자사 오하이오 자동차 제조공장을 배터리 제조공장으로 전환하는데 약 23억 달러를 투자할 계획이다. 

LG화학-GM의 합작법인은 해당 시설이 완공된다면 북미 파나소닉에 상응하는 배터리 생산능력을 갖게 될 것으로 예상된다. 새로 지어질 제조공장은 기존 미시간에 위치한 LG화학 리튬배터리 생산 공장보다 6배 큰 규모이며 1100명의 신규 인력 채용도 진행 예정이다.

GM에 따르면, 얼티엄 셀즈의 리튬배터리는 한 번 충전으로 최대 720km까지 주행이 가능하며 무게는 25%가량 가벼워진다. 얼티엄 셀즈에서 생산할 배터리는 기존의 니켈, 코발트, 망간 조합으로 만들어진 배터리에 알루미늄을 추가한 제품이다.

최근 들어, 배터리 제조사는 전기차 주행거리 향상을 위한 에너지 밀도를 높일 수 있는 하이니켈 사용에 초점을 두는데 이 알루미늄이 배터리의 출력을 높여주고 화학적 불안정성을 낮춰준다고 한다. 얼티엄 셀즈가 생산할 배터리는 앞서 언급한 바와 같이 기존 베터리 셀보다 셀 간 공간은 줄이면서도 60% 더 많은 에너지 용량을 생산할 수 있어 SUV를 비롯한 대형 전기트럭 제작이 가능할 것이라 한다.

 

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LG화학-GM 합작사 얼티엄 셀즈 공장조감도 자료: GM 공식 홈페이지

SK이노베이션은 테네시에 9.8기가와트시(GWh) 규모, 조지아에 10기가와트시 규모의 배터리 제조공장 설립 계획을 발표했다. 스웨덴 자동차 제조사 볼보(Volvo)도 사우스캐롤라이나에 위치한 자사 자동차 생산공장에 배터리팩 조립공장 건설 계획을 발표했다. 미국 국제무역위원회(USITC)는 잠재적으로 미국 내 셀 제조규모가 향후 160%가량 증가할 것으로 예상하면서 전기차용 리튬배터리 제조업체의 미국 내 제조시설 확장이 이어질 것이라 알렸다.

한편, 미국에서는 열에 취약한 리튬배터리의 약점을 보완할 차세대 배터리로 불리는 전고체배터리 개발이 한창이다. 전고체배터리는 폭발 위험성이 낮으면서도 고용량, 고효율적이라 흔히 ‘꿈의 배터리’로 불린다. 지난 몇 년간 다수의 회사에서 전고체배터리 개발을 위해 노력해왔으나 아직까지 상용화되지는 못했다. 전고체배터리는 리튬배터리에 들어가는 유기용매를 사용하지 않아 이론적으로 폭발 위험성이 낮다.

2020년 12월 미국 배터리 스타트업 퀀텀스케이프(QuantumScape)가 전고체배터리 프로토타입 테스트 결과를 발표하면서 전고체배터리 상용화 기대를 높이고 있다. 퀀텀스케이프 발표에 따르면, 현재 개발 중인 전고체배터리는 수명이나 안정성을 훼손하지 않고 15분 만에 배터리 용량 80%를 충전이 가능하다고 한다. 퀀텀스케이프는 2024년부터 배터리 양산에 돌입해 자동차 제조사 폴크스바겐 그룹에 배터리를 공급할 예정이다.

폴크스바겐 그룹은 2018년 1억 달러, 2019년 9월에 추가로 2억 달러를 퀀텀스케이프에 투자하면서 양 사는 전략적 제휴를 맺고 있다. 이 밖에도 콜로라도에 위치한 솔리드 파워(Solid Power)가 매사추세츠의 아이오닉 머티리얼스(Ionic Materials)가 미국에서 전고체배터리를 개발 중이다.

테슬라 출신이 설립한 스타트기업 실라 나노테크놀로지스(Sila Nanotechnologies)는 배터리 음극재 소재로 흑연 대신 실리콘 기반 나노분자를 사용하는 배터리를 개발 중이다. 캘리포니아에 본사를 둔 해당 업체는 실리콘 기반 배터리 음극재를 개발해 상용화를 앞두고 있다. 실라 나노테크놀로지스의 배터리는 기존 리튬배터리 대비 비용은 절감되고 에너지 밀도는 20%가량 높여 사용시간이 길어진다고 한다. 실라 나노테크놀로지스는 다임러(Daimler AG)와 BMW 등 글로벌 자동차 제조사와 파트너십을 맺고 있다.

미국 정부도 빠르게 성장하는 리튬배터리 시장 수요에 대처하기 위한 R&D 프로그램을 운영하고 있다. 미국 에너지부(Department of Energy)는 새로운 배터리 기술을 상용화하는 것을 목표로 미국 첨단배터리 컨소시엄(US Advanced Battery Consortium)과 파트너십을 맺어 배터리 기술 기초 연구개발에 750만 달러를 투자했으며 배터리 기술개발 연구비를 지원하는 배터리 500 연구 컨소시엄을 운영하고 있다.


리튬배터리 원료 생산동향


전기차 배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액 등으로 구성된다. 양극재는 배터리 성능에 영향을 미치며 음극재는 배터리 수명과 충전시간에 영향을 미친다. 이들의 핵심 원료는 리튬, 코발트, 니켈 등이다.

미국 지질조사국(USGS, United States Geological Survey)에 따르면, 금속 형태의 리튬은 전 세계적으로 2100만 톤이 매장돼 있는 것으로 추정되며 75만 톤(4%)가량이 미국에 매장돼 있다. 리튬생산 미국 업체는 네바다에 위치한 알버말(Albemarle)이 유일하다. 2021년 1월 알버말은 3000만~5000만 달러 규모의 투자를 통해 리튬 생산량을 2025년까지 두 배로 확대할 계획을 알렸다.

리튬배터리의 또 다른 핵심 원료인 코발트는 전 세계 약 710만 톤이 매장돼 있으며, 이 중 5만3000톤(0.8%) 가량이 미국에 매장된 것으로 추정된다. 미국 지질조사국에 따르면, 2020년 미국은 약 600톤의 코발트를 채굴한 것으로 집계됐다. 미주리, 미시간 등에서 코발트가 생산되지만 대부분의 코발트 수요는 수입에 의존하고 있다. 2020년 대미 코발트(HS Code 2833291, 코발트 설페이트) 총 수입액은 87만 달러 규모이며, 주요 수입국가는 핀란드(74.52%), 브라질(12.32%), 태국(6.2%), 중국(3.87%) 순이다.

니켈은 전 세계 약 9400만 톤이 매장돼 있으며, 이 중 약 10만 톤(0.11%)이 미국에 매장된 것으로 추정된다. 미 지질조사국에 따르면, 2020년 미국은 약 16000톤의 니켈을 채굴했으나 대부분이 캐나다를 비롯한 다른 국가 수출된 것으로 나타났다. 2016년부터 2019년까지 미국의 니켈 주요 수입국가는 캐나다(42%), 노르웨이(10%), 핀란드(9%), 러시아(8%), 기타(31%) 순이다.