[리포트] EV War(2차전지) 정리

 

메리츠증권의 아주아주 고퀄 리포트

ev war.pdf

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지금까지 너무 올랐다는 핑계로 제대로 보지 않았던 2차전지 감잡기

 

 

배터리의 락인효과

1. 전기차 배터리 공급을 위해선 제품개발(2~3년), 양산 검증(2년), 안전성 검증(2년)까지 6~7년이 소요

2. 전기차 배터리 공급사는 배터리에 결함이 발생하지 않는한 잘 바뀌지 않음

3. 국내3사를 포함한 선두업체들의 시장 지배력이 향후에도 계속될 것으로 예상

 

배터리 기술 진보 방향

1. 에너지밀도 증가

완성차 업체들은 1회 충전 주행거리를 내연기관 수준만큼 늘리려는 계획. 주행거리 증가는

1)배터리 에너지 밀도 증가

2)배터리관리시스템 성능 개선

3)모터 효율성 개선

4)차체 경량화

를 통해 구현할 수 있음. 특히 배터리 소재들의 고도화가 필수.

 

1-1. 양극재의 발전 방향은

1)니켈비중 극대화(하이니켈)

2)단결정화

로 진행 예상.

하이니켈 : 양극재 내 니켈비중이 높을수록 에너지 밀도는 증가함. 다만 안정성과 수명은 취약해지게 됨. 이를 최소화하는 것이 양극재 업체들이 풀어야할 과제이자 기술력(에코프로비엠과 스미모토의 기술력이 가장 우수)

단결정 : 단결정은 수세공정을 거치지 않아 가공비 절감뿐만 아니라 에너지밀도 측면에서도 유리

 

1-2. 음극재의 발전 방향은

양극재와 달리 음극재는 자생적으로 에너지 밀도를 개선시킬 방법이 제한적.

기존 인조/천연흑연에 실리콘을 첨가하는 방식으로 에너지 밀도 극대화.

실리콘은 에너지밀도는 우수하지만 팽창문제, 낮은효율, 낮은수명 문제를 극복해야하는 과제가 있음

(대주전자재료가 국내업체 중에서 실리콘산화물을 상용화)

 

1-3. 동박 발전 방향은

배터리 업체들이 요구하는 동박의 방향은 얇고(에너지 밀도에 기여), 길고(원가절감에 기여), 넓게(원가절감에 기여)

만드는 것(일진머트리얼즈와 SKC의 시장 지배력 유지 예상)

 

1-4. 분리막 발전 방향은

분리막은 양극과 음극의 접촉을 막아주는 안전성과 직결되는 소재. 배터리 업체들은 더 얇고 더 안전한 분리막을 요구

(창신신소재를 비롯한 중국 경쟁사들의 증설 심화)

 

1-5. 전해액 발전 방향은

전해액은 리튬이온을 양극과 음극에 전달하는 통로 역할 뿐 아니라 고온과 저온에서의 사용환경 확대, 양극과 음극 보호, 과충전과 과방전 방지 등의 역할 수행.

전해액=염(12%)+용매(85%)+첨가제(3%)로 구성. 첨가제가 함량비중은 가장 낮지만 원가 비중은 가장 큼

 

 

2. 가격 경쟁력 확보

배터리 팩 가격은 현재 kwh당 150달러에서 100달러 초반까지 하락 예상

1)생산속도 향상

2)수율개선

3)단위/셀 모듈의 크기를 키워 모듈/팩에 들어가는 셀/모듈 수를 줄임

 

 

3. 충전속도 단축

전기차 충전업체는 배터리 충전소요 시간을 15분 이내로 단축시켜줄 것을 요구.

고전압, 고전류 구동이 가능한 배터리 설계가 뒷받침 되어야 함(양극/음극/분리막/전해액 개선 필요)

충전속도 단축의 핵심은 충전기가 아니라 배터리 음극

 

 

4. 차세대 배터리

리튬이온 배터리 에너지밀도 한계에 봉착하자 차세대 배터리 연구 활발

전고체 배터리가 가장 상용화에 근접. 전고체 배터리의 새로운 음극재로 리튬메탈 부상

리튬메탈은 흑연대비 에너지 밀도가 10배 높아 배터리 에너지 밀도 향상에 도움

고체전해질을 개발해 샘플 대응을 하고 있는 업체는 미쓰비시화학, 센트럴 글라스, 동화기업 등이 있음

 

 

 

배터리 장비는 주연 배우를 빛나게 하는 조연 역할(배터리에선 소재가 주인공)

배터리 타입별 장비 시장 규모 : 원통/각형 > 파우치

중대형 전지 제조설비 구성 : 전극공정(36~39%), 조립공정(22~24%), 화성공정(36~38%)로 전극공정과 화성공정의 비중이 큼

2차전지 제조 공정: 전극공정

Mixing(교반)

전극 공정의 첫단계로 활물질에 도전제, 바인더, 용매를 섞어 슬러리를 만드는 공정

 

Coating & Drying(코팅&건조)

기판 역할을 하는 집전체상에 전극 슬러리를 정해진 패턴 및 일정한 두께로 코팅한 후 건조하는 공정

 

Calendering(압연)

롤로 압력을 가하여 전극의 두께를 줄이고 에너지 밀도를 높이는 공정

높은 기술력이 필요한 공정으로 적정 및 균일한 압력의 유지가 기술력

 

Slitting(절단). Vacuum Drying(진공 건조)

설계된 전지 규격에 맞춰 전극 폭을 자르고

절단 공정을 마친 롤 형태의 전극판을 장시간 건조를 통해 수분을 제거

 

 

2차전지 제조 공정: 조립공정

조립공정은 수분과의 접촉을 막기 위하여 Dry Room에서 공정을 진행

생산속도: 원통형 > 각형 > 파우치

 

 

2차전지 제조 공정 : 화성공정

화성공정은 배터리의 충방전 및 에이징을 통해 배터리를 활성화, 불량셀을 선별하는 공정

Formation(화성공정 내 장비 비중 80%이상, 2차전지 Capex Cycle 최대 수혜)

충전을 통해 방전상태의 전지를 활성화 및 방전용량 검사(피앤이솔루션)

 

Aging

정해진 온도, 습도에서 일정 시간동안 보관하여 배터리 내부에 전해액을 충분히 분산시켜 이온 이동의 최적화 상태를 만드는 공정

 

IR/OCV

2차전지의 내부저항(internal Resistance) 분석과 개방회로전압(Open Circuit Voltage)측정으로 배터리의 품질을 평가 후 선별

 

 

 

공정 부분에선 이해 안돼는게 많다. 여러번 읽어보고 유튜브도 찾아봐야 할듯