LFP라고 얕보지 마 #2

Summary

- LFP 배터리 흥행 추세에 맞춘 대표적인 중국 업체(BYD, CATL)의 대응

- 올해 초부터 완전히 LFP 배터리로 전환한 BYD의 기술 리더십은 경쟁사 CATL를 능가

- CATL은 안정성 확보를 가장 큰 목표로 두고, 최근 1세대 소듐 이온 배터리를 공개하기도

 

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｜ 중국 BYD의 두각

LFP 기술 선도에 나선 BYD 2021년 초부터 BYD는 완전히 LFP 배터리로 전환했다. CATL이 2021년 6월 기준 NCM, LFP 비중이 5:5인 것과 대조적이다. BYD의 NCM 생산 중단은 LFP의 확장성(코발트 공급 제약이 없음), 비용 효율성(동급의 NCM팩보다 20~30% 저렴), 열적 안정성(대량 사용 지원)을 바탕으로 한다. BYD는 특히 양극재 비용 (24%), 음극재 비용 (30%), LiPF6(187%)에 걸친 원가 상승이 NCM 배터리 업체의 수익성에 큰 영향을 미칠 것이라고 밝히면서 LFP에만 전념하기로 발표하였다.

 

* 양극재 : 배터리 성능을 결정하는 물질. 배터리로서 적합한 성능을 내는 양극활물질로는 Ni(니켈), Mn(망간), Co(코발트), Al(알루미늄) 등을 꼽을 수 있다.

* 음극재 : 2차전지 충전 때 양극에서 나오는 리튬이온을 음극에서 받아들이는 소재로 흑연 등의 탄소 물질을 가장 많이 사용한다.

- 출처 : 한경 경제용어사전

 

이에 Blade-LFP 분야에서 BYD의 기술 리더십은 경쟁사의 CATL LFP 배터리를 능가하게 되었다.

1. BYD의 Blade LFP 에너지 밀도는 CATL 주력 LFP의 120Wh/kg 대비 1H21 기준, 140Wh/kg로 높은 상황이며, (출처: GGII)
   
   
2. LFP 캐파 확대에도 나섰다. BYD는 자회사인 FinDreams Battery를 통해 배터리 제조와 연구 개발을 수행하고 있다. FinDreams의 8가지 생산지 중 4곳이 Blade LFP 배터리를 생산하는 곳으로 충칭 (35GW), 장사 (20GW), 구이양(10GWh) 벙부(10GWh)에 위치하는데, 2020년 기준 20GWh에 불과했지만, 21년 75GWh(+275% yoy), 22년 100GWh로 캐파가 확대될 전망이다.

 

BYD캐파

 

따라올 테면 따라와봐 이러한 경쟁력을 바탕으로 BYD가 자체 개발한 Han EV와 DM-I의 판매 호조가 이어지고 있으며, 아우디 JV 파트너인 FAW 그룹과의 파트너십이 발전되고 있는 상황이다. 특히 BYD의 캐파 능력을 보면 글로벌 경쟁사들의 증설 속도를 크게 상회할 전망이며, 중국 LFP 공급망을 글로벌 경쟁사들이 그대로 따라 하기는 구조적으로 어렵다고 생각된다.

 

CATL의 공급망 *BYD도 비슷할 것으로 추정됨.

 

BYD와 중국 3개 스타트업, 테슬라의 월별 전기차 판매 추이

 

BYD는 21년 상반기까지 15만 대를 인도했다. 올해 가이던스는 40만 대이지만 45만 대 이상 판매 계획이다. BYD에서 LFP 블레이드 배터리를 장착한 차량은 두 종류다.

1. Dolphin : 8월부터 인도되며, 월 2-3k로 시작하여 점차적으로 10k 단위로 증가할 것으로 예상하고 있다. BYD e-platform 3.0에서 생산된 첫 번째 모델로 LFP 블레이드 배터리를 장착했다.
   
   
2. Han EV 및 Han Plug-in : 2020년 6월 출시 이후 Han은 지속적으로 BYD의 월간 판매량 약 100만 대 판매 1위를 기록 중이며, 4-6월에 8천 대 판매됐다. LFP 블레이드 배터리를 최초로 도입한 제품으로 Han EV의 매출 총이익률은 약 25%에 달한다.

 

｜ CATL의 배터리 안정성 확보를 위한 노력

CATL도 지속적인 캐파 확대에 나선 동시에 안정성 확보를 가장 큰 관심사로 두고 있다. 특히 배터리의 열역학적 안정성을 향상시키기 위해 전해질 막에 적용할 나노 코팅 연구 등을 하고 있다.

 

CATL 캐파

 

또한 CATL은 지난 7월 말 1세대 소듐(나트륨) 이온 배터리를 공개하였는데, 소듐 이온 배터리는 리튬이온배터리 대비 생산 단가가 저렴한 장점이 있다. 내년부터 생산 2023년까지 공급망을 구축한다고 한다.

 

CATL의 소듐이온 배터리

 

소듐 이온 배터리가 뭐길래 1세대 소듐 이온 배터리 셀의 에너지밀도는 160Wh/kg다. CATL이 테슬라에 공급하는 주력 배터리 셀인 LFP 배터리의 에너지밀도는 현재 200Wh/kg, NCM 811 배터리의 경우는 300Wh/kg 정도로 다소 격차가 있다. 다만, 당시 발표에 따르면 소듐 이온 배터리 2세대는 LFP의 에너지밀도를 따라잡을 것이라고 한다. 1세대 소듐 이온 배터리는 15분 만에 80% 충전이 가능하며, 섭씨 영하 20도 이하에서도 성능의 90%가 유지되는 장점이 있다. 열 안정성 측면에서도 중국 내 기준을 충족했다.

소듐 이온은 리튬 이온 대비 직경이 1.3배가량 큰데, 이온 직경이 클 경우 충방전에 의해 수명이 짧아진다는 문제가 있다. 리튬 이온 등은 양음극을 오갈 때 전해액을 비롯한 주변 물질과 접촉을 거치게 되는데 이온의 크기가 클 경우 음극으로 이동 전 다른 물질과 예상치 않은 반응이 일어나기 쉽기 때문이다. 이를 해결하기 위해 양극재의 경우 프루시안 화이트(Prussian White) 소재를 사용했고, 음극재의 경우 다공 구조 흑연을 적용했다.

또한 소듐 이온 배터리와 리튬 이온 배터리를 단일 팩에 결합하는 AB 배터리 팩 솔루션을 동시에 공개했다. 자체 개발한 BMS 알고리즘으로 조정하여 소듐 이온 배터리의 에너지 밀도를 극복하는 동시에 낮은 온도에서 높은 출력을 유지할 계획이다.

 

CATL 기술 로드맵, 자료: CATL

 

결론적으로 기존의 전기차 배터리가 하이엔드 위주로 개발이 진행된 것과 달리 전기차 시장 규모 자체가 커지고 배터리 시장의 세그먼트가 확대되면서 고급형은 NCM, 중저가형 엔트리 모델에서는 LFP가 더욱 선호되고 있다. 이에 따라 다양한 배터리들이 나올 것으로 전망된다.