[주식] 물리고 공부하는 2차전지

원래 주식은 물리고 공부하는게 제맛이지.

 

일단 2차전지에 대해 단순하게 ESS나 로봇에 들어가는 배터리라고만 알고 있는데, 이에 대한 상식이 좀 부족한 것 같아 공부를 해보려고 한다.

 

일단 왜 그냥 배터리라고 하면 될거를 2차전지라고 부르냐? 이거는 충전과 방전을 번갈아가며 여러 번 사용할 수 있기 때문에 2차전지라고 부르는 것이다. 3차전지 4차전지 그런 것은 있을 수 없다..

 

2차전지하면 많이 들어보는게 바로 양극재, 음극재, 분리막, 전해액과 같은 이런 소재 얘기들이다. 하나씩 한번 살펴보자

 

양극재 - 배터리의 용량과 전압을 결정하는 핵심 소재로 리튬, 니켈, 코발트, 망간 등과 같은 금속으로 구성된다.

음극재 - 양극에서 나온 리튬이온을 충전 시 저장했다가 방전 시 내보내는 역할을 하며, 주로 흑연이 사용된다.

전해액 - 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 원활하게 이동할 수 있도록 매개체 역할을 하는 액체이다.

분리막 - 양극과 음극이 직접 만나지 않도록 분리하여 안전성을 확보하는 얇은 필름이다.

 

딱 내용만 봤을 때는 이게 뭐지? 그래서 2차전지가 어떻게 동작하는 건데? 라는 생각이 든다. 궁금하니 한번 알아보자.

2차전지 소재의 원리에 대해 설명한 자료

 

가장 핵심적인 부분은 전자와 이온이 같이 움직이면서 에너지가 충전/방전된다는 점이다.

 

GPT의 설명은 아래와 같다.

• 전자(e⁻)
  → 외부 회로(전선)를 통해 이동
  → 우리가 사용하는 전기 에너지 생성
• 이온(Li⁺)
  → 배터리 내부 전해질을 통해 이동
  → 전하 균형 유지

예를 들어 방전할 때는:

1. 음극에서 전자가 빠져나옴
2. 전자는 외부 회로를 따라 이동
3. 스마트폰·모터 등에 전력을 공급
4. 전자는 양극으로 도착
5. 동시에 리튬 이온도 전해질 내부를 통해 양극으로 이동

즉,

전자는 밖으로,
이온은 안으로 움직이며
서로 짝을 맞추는 구조야.

비유하면:

• 전자 = 실제 일을 하는 전기
• 이온 = 전자의 이동을 가능하게 만드는 균형추

결국 이 배터리의 성능을 판단하기 위해 사용되는 요소는 3가지이다.

• 전자가 얼마나 잘 흐르는지(전도성)
• 이온이 얼마나 빨리 이동하는지(이온전도도)
• 열과 안정성을 얼마나 잘 잡는지

 

여기서 이온은 리튬이 아닌 다른 소재도 가능하다. 그래서 2차전지에는 여러가지 소재를 사용할 수 있는데, 리튬, 나트륨, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 물과 같은 것들이 있다. 

 

현재 2차전지업계에서는 리튬을 가장 많이 사용하고 있다. 그 이유로는 3가지가 있는데,

1. 무게가 가벼움. - 양극재로 사용할 수 있는 금속 중에서 가장 가벼움. 그렇기 때문에 같은 무게 대비 많은 에너지를 저장할 수 있음. -> 전기차, 휴대폰, 로봇과 같은 제품에 대해 유리함.

2. 전압이 높음. - 전자를 매우 잘 내놓는 성질이 있어서 배터리 전압을 크게 만들 수 있음. -> 출력이 강함.

3. 이온의 크기가 작음. - 전극 사이를 빠르게 이동할 수 있음. -> 충전 속도와 효율에 유리함.

 

하지만 리튬의 경우 문제가 가격이 너무 왔다갔다 하고, 화재의 위험도 많고, 저온의 환경에서 성능이 문제가 많다.

 

그런 리튬의 단점을 보완하기 위해 차세대 2차전지 소재로 각광받는 소재가 나트륨이다. 나트륨의 경우 리튬 이온 배터리의 단점인 화재 위험 부분에서는 좀 더 안정적인 모습을 보여준다. 그 이유는 나트륨이 전압이 더 낮고 에너지 밀도가 더 낮고 화학 반응성이 상대적으로 덜 공격적이기 때문이다.

 

안정적인 모습을 보여주는 나트륨 이온 배터리가 개발된다면 어디에 들어갈까? 바로 요즘 2차전지 업계에서 가장 떠오르고 있는 ESS(Energy Storage System)이다. 데이터센터용 ESS에는 안정적인 배터리가 들어가야만 하기 때문에..

 

요즘 중국의 CATL, BYD와 같은 업체들이 나트륨이온배터리 분야에서 아주 공격적으로 투자하고 있는 부분이다. 물론 우리나라의 에코프로나 포스코퓨처엠과 같은 업체들도 투자하고 있긴 하지만, 중국은 대놓고 정부에서 밀어주는데 경쟁이 좀 어려울 수 있을 것이라 생각은 하고 있다.

 

그렇다면 국내 주요기업들이 이런 2차전지의 핵심 소재에 대해서 어떻게 준비하고 있는지 알아보자. (2차전지 밸류체인)

출처 유진투자증권

사진을 보면 포스코퓨처엠은 양극재, 음극재를 모두 다하고 있는데, 그런 면에 있어서 우리나라의 배터리 대장은 포스코가 맞지 않나 싶다. 포스코홀딩스를 갖고 있으니 패스, 이번에 투자한 에코프로는 에코프로비엠(하이니켈 양극재 생산), 에코프로머티리얼즈(양극재), 에코프로이노베이션(리튬 가공), 에코프로씨엔지(폐배터리 리사이클링)와 같이 여러 자회사들을 가지고 있는 지주사이다. 즉 포스코와 같이 국내 2차전지 산업의 핵심을 담당하고 있는 회사이다.

 

에코프로와 포스코의 차이는 아래와 같다. (강점 차이)

포스코 : 양극재, 음극재, 리튬, 니켈, 리사이클링을 할 수 있고 추가적으로 엄청난 자본력, 리튬 광산, 철강 기반의 글로벌 네트워크

에코프로 : 하이니켈 양극재 분야에서 세계적으로 강함. (고에너지 EV용 소재)

그래서 지금 내 포트폴리오에 에코프로와 포스코홀딩스가 같이 있는게 나쁘지 않다는 생각이 조금 들었다. (단타치다가 물렸는데 지금 생각해보니 괜찮네? 이거임.)

 

현재 국내 2차전지 투자에 있어 한가지 관점에서 리스크라고 생각하는 부분도 분명하게 있다. 국내 디스플레이 업계가 큰 어려움에 처하게 된 이유가 중국 BOE, CSOT, Tianma와 같은 정부에서 밀어주는 엄청나게 큰 회사들이 국내 디스플레이 업체 대비 값싼 LCD를 대량으로 찍어내서 원가경쟁력에서 밀려났기 때문에 LG디스플레이와 같은 회사들이 엄청난 적자를 보고 있었다. 하지만, LG디스플레이와 삼성디스플레이는 중국 디스플레이 업계보다 OLED와 같은 차세대 디스플레이 분야에서 고품질의 디스플레이를 만들고 있기 때문에 아직도 살아있다. 하지만 이 또한 차세대 디스플레이 소재 분야의 경쟁에서 밀려난다면 정말 큰 타격을 입을 수 있다.

 

2차전지도 다르지 않을 것이라고 생각한다. 현재 리튬 이온 배터리시장에서 국내 업체들이 선두주자로 달리고 있고, 매출 영업이익도 좋은 모습을 보여주고 있지만 앞으로 중국의 추격은 무섭게 다가오고 있다. 그런 부분에서 시장이 겁먹어서 주가가 떨어지고 있다고 생각한다. 하지만 이 부분 또한 나의 철강분야 투자에서와 같은 논리가 작용한다. 미국이랑 유럽이 한국 2차전지 산업 죽여서 중국한테 받아먹으면 어떻게 될 것 같아?? 잘 생각해봐라! 하면서 왠지 잘 살아남을 것 같다는 생각..? 뭐 어쨌든 내일, 그리고 모레 미중정상회담이 있고 그 결과를 잘 지켜봐야겠지만, 2차전지 업계가 걱정하는 것처럼 되지는 않을 가능성(미국이 중국한테 다 퍼주고 첨단산업 길을 열어주는거?)이 높다고 생각한다.

 

끝으로 현재 국내 2차전지 업체들은 위기와 기회가 공존하는 시장에서 달리고 있다고 생각한다. 앞으로의 행보는 어떻게 될지 잘 모르겠지만 미국과 중국의 패권전쟁, 유럽의 탄소규제와 같은 여러 매크로 속에서 ESS와 전기차 그리고 휴머노이드와 같은 차세대 산업에 있어 필수인 2차전지 시장에서 우리나라 업체들이 잘 되었으면 하는 바램이다.