[증권사 리포트] 이차전지용 실리콘 음극재 및 CNT 도전재 분석 - 3편

이차전지용 실리콘 음극재 및 CNT 도전재에 대한 포스팅 시리즈는 하나증권의 리포트(2023년 6월 2일 자 'The more, the better')에 대한 분석 및 자체 조사한 내용 일부를 담고 있습니다. 첫 번째 포스팅(1편)에서는 완성차 업체들은 주행거리 및 충전속도가 개선된 'Better Battery'에 대한 요구가 높은 상황이며, 두 번째 포스팅(2편)에서는 실리콘 음극재와 CNT 도전재가 어떻게 해당 요구를 충족할 수 있는지 확인하였습니다. 이번 편에서는 실리콘 음극재와 CNT 도전재의 시장 현황 및 전망에 대해 자세히 알아보겠습니다.

---

가파른 성장세를 보일 실리콘 음극재와 CNT 도전재

2편에서 설명한 이유로 완성차 업체들이 원하는 수준으로 배터리 밀도 높이고 충전속도를 줄이기 위해서 업계가 집중할 소재는 실리콘 음극재가 될 것입니다. 그리고 실리콘 음극재의 단점을 보완하는 CNT 도전재에 대한 수요도 더불어 같이 증가할 것입니다. 현재 두 개 소재에 대한 환경 분석과 함께 시장이 어떻게 변화하고 성장할 수 있는지 살펴보겠습니다.

 

실리콘 음극재 환경 분석

다수의 완성차와 배터리 셀 제조사들이 실리콘 음극재 채용에 적극적인 행보를 보이고 있습니다.

• Tesla : 4680 배터리에 엘앤에프가의 하이니켈 양극재(니켈 함량 90% 이상)를 공급할 예정인 것을 생각하면 양극재를 통한 에너지 밀도 개선은 한계에 도달하였고, 음극재에 관심을 돌릴 것으로 예상됩니다. 이미 실리콘 음극재를 탑재한 4680 원통형 배터리의 소규모 양산을 추진하고 있습니다.  또한, 2021년 하반기 "SilLion"이라는 업체를 인수, '실리콘 입자로 구성된 대형 배터리 음극재 기술' 특허를 출원했습니다.
• Volkswagen : 2021년 진행한 "파워데이"에서 직접 실리콘 음극재 적용 확대 계획을 밝혔습니다.
• Porsche : 2020년 하반기 출시 Taycan EV 모델은 실리콘 음극재가 최초로 상용화된 사례인데, 실리콘 음극재를 5wt% 적용한 LG에너지솔루션 배터리가 탑재되어 있습니다. Taycan의 급속충전 시 충전속도는 Tesla Model 3 보다 30% 이상 빠르다고 알려져 있습니다.
• BMW : 최근 출시한 '뉴 i7'에 삼성SDI P5 배터리를 탑재하고 있는데, 이 배터리는 하이니켈 양극재와 실리콘 음극재를 쓰고 있습니다. 2025년부터 '뉴 클래스' 제품권에는 실리콘 음극재 함량을 늘린 배터리를 탑재할 계획입니다.
• GM : "One D Battery Science"와 실리콘 음극재 공동 R&D 계약을 체결했습니다

• LG에너지솔루션 : 2019년 실리콘 음극재 배터리를 처음으로 생산하여 Porsche Taycan에 적용했고, 2023년 중 실리콘 함량 100%인 시제품 평가를 진행할 계획입니다.
• 삼성SDI : 자체 기술인 "SCN(Silicon Carbom Nanocomposite)"을 적용한 P5 배터리에 실리콘 음극재를 이미 적용 중이며, 향후 실리콘 함량을 높일 계획입니다.
• CATL : Mercedes-Benz EQG 모델 및 Porsche 마칸 EV에 실리콘 음극재를 적용한 배터리를 공급할 예정입니다.

 

실리콘 음극재 시장 현황

글로벌 음극재 수요는 무게 기준으로는 2018년 7.9만 톤에서 연평균 49% 증가하여 2022년 39.4만 톤까지 늘어났으며, 금액기준으로는 2018년 6.3억 달러에서 연평균 53% 증가하여 2022년 35.0억 달러까지 증가했습니다. 투자가 집중되었던 양극재 대비해서는 성장률이 다소 낮지만 전체 배터리 시장과는 비슷한 수준입니다.

 

실리콘 음극재는 전체 시장에서 무게 기준으로 1.4%, 금액기준으로는 11.1%에 불과합니다. 아직 상용화 초기 단계이기도 하지만, 높은 단가가 실리콘 음극재의 시장 침투를 더디게 하는 요소입니다. 일반적으로 사용하는 흑연계 음극재가 U$8/kg인데 실리콘 음극재는 10배인 U$60~80/kg입니다. 내연기관차와의 Price Parity로 알려진 U$100/kWh을 달성하는 것이 완성차 업체들의 또 다른 요구사항인 것을 감안했을 때, 실리콘 음극재의 단가를 낮추는 것이 상당히 중요할 것 같습니다. 향후 공정 개발 및 수요 증가와 함께 가격이 떨어질 수 있을 것으로 예상됩니다.

 

실리콘 음극재 시장 전망

기존에는 배터리와 비슷하거나 더 높은 수준으로 배터리의 주요 소재들의 수요가 증가하는 경향이 있었습니다. 하지만 향후에는 평균 에너지 밀도 증가로 인해 양극재 및 음극재 수요증가는 배터리 대비 완만할 것입니다.  그러나 이제 막 개화하는 실리콘 음극재는 상당해 높은 수요 증가할 것으로 예상되고, 이것이 실리콘 음극재에 관심을 가져야 하는 이유입니다.

 

2032년까지 음극재 수요의 연평균 증가율은 무게기준으로 봤을 때, 글로벌 22%, 미국 30%에 달할 것으로 전망됩니다. 그런데 금액 기준 연평균 증가율은 글로벌 29%, 미국 42% 수준일 것입니다. 글로벌 수요 증가율은 무게과 금액 기준의 차이가 7%p에 불과한데 반해, 미국은 12%p나 차이가 납니다. 이는 미국 시장에서 단가가 높은 음극재가 시장에서 차지하는 비중이 높아진다는 의미인데, 이것이 바로 실리콘 음극재일 것으로 판단됩니다.

 

밸류 체인별 수요 및 시장규모 상대비교

---

이렇게 3개 포스팅에 걸쳐서 실리콘 음극재와 CNT 도전재에 대해서 자세히 공부해 봤습니다. 배경지식이 없다보니 단순히 애널리스트의 리포트를 따라가기만 하는 것인데도 상당한 시간이 소요되었습니다. 다음 포스팅에서는 실리콘 음극재과 CNT 도전재를 상용화했거나 개발 중인 업체들에 대해서 조사해보겠습니다.