9월 22일 테슬라는 배터리 데이라는 행사를 개최했습니다. 배터리 데이에서 어떤 발표가 나오느냐에 따라 관련 업계(자동차ㆍ소재ㆍ배터리 등)에 미칠 여파가 크기에 많은 주목을 받았습니다. 일론 머스크의 발표를 요약하면 2022년까지 배터리 가격을 56% 절감해 2만5천달러 전기차를 시장에 내놓겠다는 것입니다. 이것을 두고 가능성에 대한 논의가 끊이질 않고 있습니다. 테슬라는 왜 이러한 발표를 했고, 그것에 대한 가능성을 분석해보도록 하겠습니다.
전기차 산업의 최대 관심사는 배터리 가격입니다. 현재 배터리 팩은 킬로와트시(kWh)당 135~120달러로 전기차에서 배터리가 차지하는 가격이 40% 이상입니다. 보조금 없이 전기차가 내연기관차랑 대등하게 비교하려면 배터리 가격이 100달러 선이어야 합니다. 전기차 대중화를 위해서는 70달러 이하의 가격이 맞춰져야 합니다. 이것의 전망치는 2030년으로 바라보고 있습니다. 그런데 테슬라는 2025년까지 킬로와트시(kWh)당 60달러를 달성하겠다는 목표를 제시했습니다.
우선, 일론 머스크가 제시한 내용 중 집중해야 할 부분을 보겠습니다.
첫째, 원가절감으로 이어지는 설계 및 공정의 혁신입니다.
- 공정 혁신 : 배터리를 만들 때 가장 많은 자원이 투입되는 것 중에 하나는 전극 공정입니다. 전극 공정은 슬러리라는 습식 공정을 사용합니다. 배터리 재료와 물과 도전재 등 내용물을 섞어 만든 슬러리를 양극, 음극에 발라주고 100미터 가까운 코터 안에 돌리고 건조 드라이를 해줍니다. 그리고 이것을 쌓거나, 말아줍니다. 그런데 건식 공정은 이런 슬러리가 필요 없습니다. 배터리 재료를 넣고 바로 코팅을 해줄 수 있는 기술이기 때문입니다. 그러면 시간과 장비의 크기가 획기적으로 줄어듭니다. 문제는 기술의 상횽화가 어렵다는 점입니다.
- 활성화 공정 변화 : 조립 공정을 끝내고 충전과 방전을 반복해 배터리에 숨을 불어넣는 공정입니다. 이 공정은 약 20일에 가까운 시간이 걸립니다. 이것을 절반 이하로 줄이겠다는 내용입니다. 그렇다면 원가가 낮아지고 생산량이 늘어나게 됩니다. 또한, 물류 장비와 생산 조립 공정 등 이런 것들을 직접 설계해 가격을 낮추겠다는 내용입니다.
greatluckim.tistory.com/31?category=940249
- 배터리 팩 설계 : 배터리는 셀로 제작하고, 셀을 모아 모듈, 모듈을 모아 팩으로 조립됩니다. 현재 배터리 팩에 배터리 셀이 들어 있는 비중이 70%가 안됩니다. 나머지 공간은 모듈이나 배선, BMS로 채워져 있습니다. 테슬라는 이 공간을 배터리로 채우는 배터리 팩 설계를 하겠다는 것입니다. 배터리 셀이 늘어나면 에너지 밀도가 높아지게 될 것입니다.
- 배터리 설계 : 현재 배터리 산업은 파우치 배터리와 캔 배터리 등 사각형 모양의 배터리가 주류를 이루고 있습니다. 하지만 테슬라는 원형 배터리 4680(지름 46mm, 높이 80mm)을 소개했습니다. 이것은 기존 원통형 배터리 2170(지름 21mm, 높이 70mm)에 비해 용량 5배, 출력 6배를 목표로 합니다. 이곳에 주목되는 기술은 탭리스 기술입니다.
원형 와인딩 기술은 스택 기술보다 생산 속도도 빠르고 설비 원가도 낮아 생산에 효율적입니다. 즉, 원형이 대량 생산에 적합합니다. 기존에는 파나소닉을 제외한 배터리 제조 업체들은 스택 기술을 이용한 제조를 선호했습니다.
둘째, 소재 기술입니다.
- 테슬라는 양극재, 음극재 기술에서 17% 원가 절감 가능성을 제시했습니다. 양극재의 경우 NCMA 양극재의 사용을 말했습니다. 구체적인 니켈의 비율은 언급하지 않았습니다. 또한, 삼원계 양극재들은 전구체를 만드는 공정을 거칩니다. 이 공정의 개선 방향을 제시했습니다. 음극재의 경우 실리콘 음극재를 언급했습니다. 실리콘을 잘게 부숴 코팅을 한 실리콘 음극재를 사용하겠다 밝혔습니다.
셋째, 배터리 내재화입니다.
배터리 소재의 확보를 물론 생산지 그리고 양산 공정기술까지도 고려한 유관업체의 인수를 고려하고 있습니다. 이것은 테슬라만이 아닌 다른 완성차 제조업계들이 배터리를 자체 생산해 배터리 주도권을 점하려는 경향이 꾸준히 제기되고 있었습니다.
테슬라는 네바다에 대규모 배터리 공장인 기가팩토리1을 설립했습니다. 2017년부터 가동된 이 공장은 전기차용 리튬이온 배터리인 2170 원통형 배터리 셀을 생산하고 있습니다. 두 번째 기가팩토리는 미국 뉴욕주 버팔로에 있습니다. 세 번째 기가팩토리는 중국 상해에 세웠고, 작년 10월 시험생산을 시작해 올해 초부터 본격 가동에 들어갔습니다. 네 번째 기가팩토리는 독일 수도 베를린에 구축하고 있습니다. 2021년부터 가동을 시작하는 것이 목표입니다. 베를린 기가팩토리가 완공되면 미국·중국·유럽의 세계 3대 자동차 시장에서 전기차 대량 공급체계를 갖추게 되는 셈입니다. 베를린에는 신차 개발과 설계를 포함한 디자인 거점도 마련될 예정입니다.
biz.chosun.com/site/data/html_dir/2020/07/31/2020073101539.html
그런데, 이번에 발표된 기가팩토리5는 역대 최대규모로 보고 있습니다. 일론 머스크는 2022년 100GWh(기가와트시), 2030년 3TWh(테라와트시)의 생산능력 목표를 제시했습니다. 100GWh만 해도 세계 최대 규모인 LG화학의 생산 능력과 맞먹는 수준입니다. 2020년 현재 1개 라인을 20기가로 만들며, 2021년까지 10GWh, 2022년까지 100GWH의 목표를 달성하기 위해 빠른 공장 증설에 투자하고 있음을 보이고 있습니다. 현재는 미국 프리몬트 공장에서 생산하고 있습니다.
넷째, 배터리에 대한 치킨 게임입니다.
세계 6대 배터리 업체 중 3개가 우리나라 기업입니다. 이 기업들은 삼원계 배터리 사업을 하고 있어 앞으로 테슬라와 경쟁할 것으로 보입니다. 테슬라가 제시한 절감 목표치 56%를 적용하면 1kWh 당 70달러입니다. 이 가격을 2022년에 3원계 배터리로써 달성 가능성은 매우 회의적입니다. 업계 분석에 의하면 2024~2025년에 1kWh 당 100달러가 가능한 선으로 바라보고 있습니다.
완성차 기업과 배터리 기업은 각자가 다른 전략을 바라보고 있습니다. 차세대 전고체 배터리를 목표로 준비하는 기업, 배터리 내재화를 준비하는 기업, 현재 시장 점유에 투자하는 기업 등입니다. 하지만 이러한 전략을 떠나 현재 테슬라가 제시한 기준이 실현된다면 테슬라는 전기차 시장에서 압도적인 점유율을 가져갈 것입니다. 테슬라가 생각하는 2025년 자동차 생산량은 450만 대로 전체 승용차 시장의 10%입니다. 테슬라가 전기차 시장을 계속 점유하기 위해서는 빠르게 배터리 가격을 낮춰 경쟁사들이 시장에 진입하기 전에 전기차 점유율을 끌어올려야 합니다. 만약, 기존 목표대로 2025년 kWh당 배터리 팩 가격을 100달러 선으로 바라보고 준비를 한다면 후발주자들이 충분히 따라잡을 기회가 생길 것입니다. 이번 배터리 데이에서 테슬라의 발표는 이러한 점을 시사하는 것이라 생각됩니다.
물론, 현실적인 시각으로 보아 테슬라가 제시한 목표치는 많은 전문가들이 회의적으로 바라보고 있습니다. 기존 배터리 업계가 생산능력을 갖추기까지 걸린 시간을 예시로 보아도 테슬라가 제시한 시간은 극도로 짧은 시간입니다. 앞으로 관전 포인트도 테슬라가 제시한 기술을 양산 과정에서 얼마나 빠르게 적용하느냐가 될 것으로 예상됩니다.
www.theguru.co.kr/news/article.html?no=15368
하지만 최근 LG화학의 4680배터리 셀 생산에 대한 기사가 발표되었습니다. 기사에 따르면 'LG화학은 생산량을 늘려 테슬라 수요에 대응한다. LG화학은 유럽과 북미 투자를 강화해 원통형 배터리 셀 생산능력을 3배로 확대할 계획이다. 이미 터키 가전업체 베스텔의 TV 조립공장을 매입해 폴란드 생산설비 증설을 추진하고 있다. 연내 생산량을 60GWh로 늘린다는 목표다' 라고 밝혔습니다. 앞서 말씀드린 문제에 대해 LG화학이 함께한다면 테슬라가 가지는 부담이 줄어들 것으로 보입니다.
it.chosun.com/site/data/html_dir/2020/11/05/2020110502874.html
위 내용에 대해 더 구체적인 내용입니다. '10월 29일 미국 전기차 전문매체 테슬라라티에 따르면, 파나소닉은 테슬라와 함께 미국 네바다주에 설립한 배터리 공장 ‘기가팩토리 네바다’에서 4680 배터리 시제품 생산 라인을 구축할 계획이다'라고 밝혔습니다. '파나소닉과 테슬라는 2009년 독점 공급 계약을 맺은 후 10년 이상 두터운 협력 관계를 이어오고 있다. 양사는 6월 기가팩토리에서 배터리 3년 공급계약을 체결하며 굳건한 협력관계를 재확인했다. 파나소닉은 최근 실적 발표에서도 4680 배터리 개발에 대한 자신감을 공개적으로 드러냈다' 파나소닉과 테슬라는 한번 관계가 엎어진 경험이 있습니다. 그러기에 앞으로 상황을 좀 더 지켜봐야 할 것으로 보입니다.
최근까지 진행된 배터리 전쟁에서 LG화학이 점유율 1위를 가져오며 산업의 선두에 서게 되었습니다. 그런데 테슬라의 대응으로 글로벌 배터리 전쟁 양상이 다시 심화될 것으로 예상됩니다.
다섯째, 소프트웨어 개발입니다.
완전자율주행 베타버전을 1년 6개월 내에 제시하겠다고 밝혔습니다. 카메라 센서에 의한 영상인식 알고리즘은 인텔의 모빌아이 솔루션이 시장에서 선두를 유지하고 있습니다. 테슬라는 이에 굴하지 않고 알고리즘은 물론 비메모리 반도체까지 독자 개발한 것입니다.
테슬라는 자율주행 Lv.3 기술을 선보이며 자율주행의 이슈를 이어가고 있습니다. 이 부분에 대해서는 다음 기사가 자세히 설명하고 있습니다.
www.chosun.com/site/data/html_dir/2020/07/16/2020071602584.html
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테슬라의 배터리 데이는 폭넓은 내용을 담고 있습니다. 배터리 산업은 신생 산업으로 발전 가능성이 무궁무진하며, 꼭 실현시켜야 할 기술이기에 경쟁 또한 치열합니다. 앞으로 전망에 대해 어떤 양상이 펼쳐질지 굉장히 궁금하고, 기대되기도 합니다. 감사합니다.
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