‘K배터리’ 천문학적 투자·초격차 기술개발로 中추격 따돌린다
전기차의 대중화와 함께 배터리산업은 새 국면을 맞았다. 명실공히 반도체의 뒤를 이어 ‘산업의 쌀’로 부상했다는 평가다. 그리 주목받지 못하던 시기에도 꾸준한 투자를 이어 오며 일찌감치 세계적인 경쟁력을 확보한 국내 배터리 회사들은 경기침체 속에서도 기록적인 실적을 올리며 한국 경제와 산업을 지키는 든든한 버팀목이 됐다. 윤석열 대통령이 직접 “배터리는 한국 안보·전략의 핵심 자산으로 우리 기업이 기술 패권 경쟁에서 추월당하지 않도록 하겠다”고 밝힌 배경이다. 그러나 상황은 마냥 녹록지 않다. 가장 큰 위협은 압도적인 내수를 앞세워 세계 시장에서 끊임없이 싸움을 걸어오는 중국이다. 이들을 따돌릴 수 있을까. 경쟁력을 지키기 위한 ‘K배터리’의 전략을 두 가지 키워드로 나눴다. 천문학적인 생산 투자, 그리고 ‘초격차’를 지향하는 기술 개발이다.최근 3년간 상품성 높은 전기차 모델들이 속속 출시되면서 소비자의 관심도 덩달아 높아졌다. 시장이 전동화를 받아들이는 속도가 자동차 업계의 예상보다 훨씬 빨라진 이유다. 다급해진 완성차 업체들은 배터리를 안정적으로 공급해 줄 제조사를 찾았지만, 손을 내밀 만한 선택지는 그리 많지 않았다. 시장에서 압도적인 점유율을 차지한 국가는 셋. 한국과 중국 그리고 일본이다. 이 중에서 한국은 ‘점유율이 압도적인 중국과 품질이 뛰어난 일본의 장점만을 취했다’고 평가받으며 글로벌 무대에서 맹활약하고 있다.
가장 많은 ‘러브콜’이 쇄도하고 있는 곳은 LG에너지솔루션이다. 제너럴모터스(GM)를 비롯해 현대자동차·스텔란티스·혼다와 조인트벤처(JV)를 설립했으며, 폭스바겐·르노닛산미쓰비시·포드·BMW 등 글로벌 판매 상위 10곳 자동차 기업 가운데 8곳을 고객사로 두고 있다. 지난해 9월 LG에너지솔루션의 수주잔고는 370조원이었는데, 전년(260조원)에 비해 100조원이나 가파르게 성장했다. 전기차 보급이 본격화하면서 세계 대다수 자동차 회사들이 LG에너지솔루션에 손을 내밀었다는 얘기다.
세계 각지에 거점을 확보한 LG에너지솔루션이 최근 집중하고 있는 시장은 북미다. 업계에서는 북미 전기차시장이 2030년까지 연평균 33% 성장할 것으로 관측하는데, 이는 같은 기간 유럽(26%), 중국(17%)을 크게 상회하는 성장률이다. 아울러 최근 인플레이션감축법(IRA)을 도입한 뒤 친환경 에너지 사업이 탄력을 받기 시작했다. 전기차·배터리 시장은 더욱 가파르게 커질 것으로 예상된다. 미국에 생산기지를 갖춘 기업들에 제공되는 세액공제 혜택은 덤이다.
LG에너지솔루션은 북미 지역에 미시간 단독공장과 GM과의 합작공장 ‘얼티엄셀스’ 조인트벤처 1공장을 운영하고 있다. 현재 짓고 있는 GM과의 2·3공장 및 스텔란티스, 혼다와의 합작공장도 있다. 여기에 최근 7조 2000억원 투자를 결정한 원통형·에너지저장장치(ESS)·리튬인산철(LFP) 배터리 단독 공장까지 완성되면 LG에너지솔루션은 미국 내 생산능력이 최대 260기가와트시(GWh)에 이른다. 단일 배터리 기업으로 북미에만 이 정도의 생산능력을 갖추게 되는 회사는 LG에너지솔루션이 유일하다.
IRA의 의도는 미국 위주의 배터리 공급망을 갖추라는 것이다. LG에너지솔루션이 생산기지 외 핵심 원재료의 현지화도 신경쓰고 있는 이유다. 우선 배터리의 핵심 소재인 양극재·음극재·전해질은 주요 협력사들과 파트너십을 맺어 북미 현지 생산체계를 구축하기로 했다. 니켈·리튬·코발트 등 광물은 미국과 자유무역협정(FTA)을 체결한 지역 내에 있는 채굴 및 정·제련 업체를 활용해 역내 생산 요구에 대응하기로 했다. 광물 공급 업체 지분 투자와 장기 공급계약도 확대해 공급망 변동성도 최소화한다. LG에너지솔루션은 “북미 기준 양극재는 63%, 핵심 광물은 72% 등 5년 내로 현지화율을 대폭 높일 예정”이라고 밝혔다.
배터리 셀 제조사가 활약하면 당연히 소재 회사에도 엄청난 호재다. 올해 상반기 70조원을 포함해 지금껏 총 92조원의 막대한 수주 실적을 올린 포스코퓨처엠이 대표적이다. 증권가에서는 이 계약을 토대로 포스코퓨처엠이 올해 사상 최대 매출과 영업이익을 달성할 것으로 전망하고 있다. 국내 배터리 소재 회사 가운데 유일하게 양극재와 음극재를 동시에 다루고 있는 포스코퓨처엠은 LG에너지솔루션과 삼성SDI에는 양극재를, LG에너지솔루션과 GM의 북미 합작법인인 얼티엄셀스에는 양·음극재를 같이 공급한다. 이 가운데 지난 1월 삼성SDI와 맺은 40조원짜리 양극재(하이니켈 NCA) 계약은 회사 창사 이래 역대 최대 규모라고 한다.포스코퓨처엠은 요즘 이 물량들을 소화하기 위한 대규모 생산, 투자에 여념이 없다. 회사의 목표는 2030년까지 양극재는 61만t, 음극재는 32만t의 생산능력을 갖추는 것이다. 최근에는 이사회에서 중국 화유코발트와 손잡고 1조 2000억원을 투자해 양극재용 전구체·니켈 원료 생산라인을 짓겠다고 밝히기도 했다. 포항 영일만 일반산업단지에 건설 중인 연간 10만 6000t 규모의 양극재 생산기지와 연계해 니켈부터 전구체, 양극재에 이르는 밸류체인 클러스터를 완성하겠다는 큰 그림을 그리고 있다.
명칭이 생소한 전구체는 니켈과 코발트, 망간 등의 원료를 가공해 제조하는 양극재의 중간 소재다. 국내 생산 비중이 13%로 미미해 K배터리의 경쟁력이 부족한 분야로도 꼽힌다. 포스코퓨처엠은 국내 기업이 이 비중을 확대하고 나섰다는 점에서도 의의가 있다고 설명한다. 회사는 전구체 생산능력을 현재 연간 1만 5000t 수준에서 44만t까지 확대하는 등의 노력을 통해 자체 생산 비율을 14%에서 73%까지 대폭 끌어올릴 계획이다. 아울러 음극재에도 5000억원을 투자해 포항 블루밸리산단 부지에 2025년까지 공장을 신설할 방침이다.
끊임없는 연구개발(R&D) 투자는 K배터리가 세계 정상급 경쟁력을 갖출 수 있었던 원동력이다. 양적으로 세계 전기차용 배터리 시장 점유율 1위는 닝더스다이(CATL) 등을 앞세운 중국이다. 하지만 이는 폐쇄적인 내수 시장으로 기반을 다진 것인 만큼 실제 경쟁력을 완벽히 드러내는 데는 한계가 있다는 지적이 나온다. 시장조사업체 SNE리서치가 집계한 바에 따르면 올 1분기 중국 시장을 제외한 세계 전기차용 배터리 사용량 점유율은 LG에너지솔루션 28%(1위), SK온 10.9%(4위), 삼성SDI 10.1%(5위)다. 국내 3사 합산 49%로 세계 1위다.삼성SDI는 ‘질적 차별화’를 강조하고 있는 회사다. 최근 배터리 3사 중에서도 주로 기술과 R&D 투자와 관련된 언급을 자주 하는 곳이기도 하다. 최윤호 삼성SDI 대표이사는 취임 이후 3대 경영 방침으로 ‘초격차 기술경쟁력’과 ‘최고의 품질’, 그리고 이를 바탕으로 한 ‘수익성 우위의 질적 성장’을 강조한 바 있다. 양적인 확대도 중요하지만, 이에 앞서 품질 차별화를 통해 승부수를 띄우겠다는 전략으로 읽힌다.
지난해 미국과 유럽에 이어 지난달 중국 상하이에도 R&D 연구소를 설립하면서 역량 강화에 나섰다. 세계 전기차·배터리 핵심 시장인 북미와 유럽, 중국에서 연구 거점을 모두 확보했다는 데 특별한 의의가 있다. 배터리 중에서도 특히 소재 쪽에 강점이 있는 중국 등 지역마다 특화된 기술들이 있는데, 이를 흡수해 K배터리의 경쟁력으로 끌어오겠다는 심산이다.
제품에서도 삼성SDI의 프리미엄 전략이 잘 드러난다. 양극 소재의 니켈 함량을 88% 이상 높여 에너지 밀도를 극대화한 ‘P5’를 주력으로 판매하고 있다. 내년 양산을 목표로 개발하고 있는 차세대 ‘P6’는 니켈 비중을 무려 91%까지 끌어올렸다고 한다. 이를 통해 기존 P5 대비 에너지 밀도를 10% 이상 높였다. 음극재와 공법 개선 등을 통해 급속충전 성능도 좋아졌다고 한다.
궁극적으로는 차세대 ‘꿈의 배터리’인 전고체 전지 분야에서 치고 나가겠다는 게 삼성SDI의 생각이다. 삼성SDI는 2027년까지 전고체 전지 양산 체제를 갖추겠다고 선언한 바 있다. 삼성SDI는 “고체 전해질 설계와 합성에 성공해 전고체 배터리 시제품을 만드는 등 관련 기술을 선도해 왔다”면서 “특히 독자적으로 ‘리튬금속 무음극’ 구조를 개발해 업계 최고 수준의 에너지 밀도와 안전성을 확보했는데, 이 기술은 세계적인 학술지 네이처 에너지에 실리기도 했다”고 밝혔다.
배터리는 형태와 종류가 다양하며 특징도 천차만별이다. 어떤 배터리를 선택하는지에 따라 자동차 회사의 전략이 바뀔 정도다. 배터리 제조사 관점에서는 다양한 배터리를 만들 수 있는 역량을 갖추는 게 중요하다. 다양한 고객사를 확보할 수 있다는 의미라서다. 그동안 파우치형에 집중하던 SK온이 올해 들어 포트폴리오를 다각화하겠다고 선언한 배경이다.SK온은 최근 각형 배터리의 실물 모형을 처음으로 공개했다. 전기차용 배터리는 크게 각형과 파우치형, 원통형으로 나뉘는데 각형의 점유율이 70% 가까이 될 만큼 대세로 자리잡았다. SK온은 최근 개발한 이 각형 배터리가 빠른 충전 속도를 자랑한다고 강조했다. SK온은 18분 동안 80%까지 충전할 수 있는 급속충전배터리(SF) 기술로 올해 초 미국 라스베이거스에서 개최된 ‘CES 2023’에서 최고혁신상을 받았는데, 각형 배터리는 속도를 더 높였다고 한다. SK온은 “기존 파우치형에 각형을 더하면서 고객을 더 다양화할 수 있을 것으로 기대된다”고 했다.
마침 SK온이 각형 배터리의 실물을 공개했던 지난 3월 한국을 찾았던 볼보의 최고경영자(CEO) 짐 로완과 SK그룹 경영진이 만난 사실이 알려지기도 했다. 볼보가 각형 배터리를 채택하고 있는 대표적인 브랜드라는 점에서 양사 간 합작이 시작되는 것이라는 기대가 나오기도 했다.
이 밖에도 SK온은 분쟁 광물이자 가격이 매우 비싼 코발트를 완전히 배제한 ‘코발트 프리’ 배터리도 최근 선보였다. 삼원계 배터리는 코발트가 없으면 구조적 불안정성이 생겨 수명이 짧아지는데, 이런 단점을 극복했다는 설명이다. 아울러 하이니켈 기술로 코발트 프리 배터리의 에너지 밀도 문제도 개선하면서 주행 거리도 여유롭게 확보했다. 코발트 프리 배터리는 SK온이 당초 밝혔던 개발 목표 시점보다 1년 이상 앞당긴 것이라고 한다. 코발트 대신 니켈이나 망간을 사용하면 배터리의 가격 경쟁력도 높일 수 있을 것으로 회사는 기대하고 있다.
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