전기차 2차전지 (EV 배터리) 원리 및 벨류 체인 분석

 

I. 2차전지 (리튬이온 배터리) 기본 원리

출처 : 이베스트투자증권

- 양극재와 음극재 사이의 전압차 (화학에너지) -> 배터리의 ‘전압’ (전기에너지) 이 되어 전기 발생하는 원리

- 2차전지는 크게 양극재, 음극재, 분리막, 전해질 등으로 구성되며, 충전과 방전을 통해 전지로 사용된다.

  1) 충전 : 양극의 리튬이온을 전해액을 통해 음극으로, 음극의 전자는 도선을 통해 양극으로 이동

  2) 방전 (사용 중) : 충전과 반대의 움직임을 통해 에너지 방출 

- 전압의 크기는 에너지 밀도의 크기와 비례하므로, 배터리의 효율은 전위차와 비례한다. (즉, 음극재 전위 낮게 하거나, 양극재 전위 높게 해야 함)

- 배터리 구성 단가 : 양극재 35%, 분리막 16%, 음극재 14%, 전해질 11%, 기타 24%

* 배터리 완성품 업체 : LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션

 

II. 2차전지의 구성

1. 양극재 (배터리 단가 비중 35%)

1) 양극재의 역할

- 리튬산화물을 보유한 물질 (주로 LCO) : 배터리의 용량 / 평균 전압 결정

- 양극재 기술 쟁점은 '안정성'을 높이고 '가격'을 낮추는 것

 

2) 양극재의 종류 (LCO, LiCoO2)

- 기본적으로 LCO가 이론 용량이 높고 결정구조가 안정적이기 때문에 대표적으로 사용됨

- 그러나 리튬 이온의 약 50%만 삽입되어 실제 용량과 이론 용량의 차이가 크고, 코발트(Co)만 전이금속 역할을 하기에 원재료 부담이 큼 -> 이에 실제 용량부터 가격 부담까지 낮출 수 있는 결합으로 니켈(Ni)등을 첨가하여 삼원계(NCM, NCA) 양극재 등장 (전기차용 배터리 및 에너지저장장치 ESS는 주로 NCM 사용)

- 가격, 용량, 안정성 등을 고려했을 때 다른 대체제가 나오기 어려움. -> 최근 음극재를 통한 에너지 밀도 높이기 시작.

* 엘앤에프, 포스코케미칼, LG화학, 에코프로BM

 

전기차 2차전지 소재 관련주 (양극재) - 에코프로비엠 / 포스코케미칼/엘앤에프

전기차 2차전지 소재 관련주 (양극재) - 에코프로비엠 / 포스코케미칼/엘앤에프

2. 음극재 (배터리 단가 비중 14%)

1) 음극재의 역할

- 충전 시 양극에서 방출되는 리튬이온을 저장하는 물질 : 배터리의 수명 결정 

 

2) 음극재의 종류

- 기본적으로 흑연이 구조적 안정성과 낮은 가격을 가지므로 대표적으로 사용됨

- 그러나 반복적인 충전은 흑연 부피 변화를 일으켜 배터리 수명 감소 요인으로 작용 -> 다양한 음극재 기술 개발 중

- 최근 가장 주목받고 있는 음극재는 합금형 음극재 중 SiOx에 해당한다.

① 장점 : 흑연보다 이론 용량 10배 이상 높음, 반복적인 충전으로도 실리콘 구조 붕괴 없음

② 단점 : SiOx에 존재하는 산소의 양 및 분포도가 균일해야 안정성 유지  

③ 기술방향 : 탄소 코팅하여 활물질 개발 / 바인더소재 개발 / 도전재 개발 

* 포스코케미칼 대주전자재료

3. 분리막 (배터리 단가 비중 16%)

1) 분리막의 역할

- 양극과 음극을 분리, 미세한 구명을 통해 이온을 흐르게 해주는 물질

- 기술적인 쟁점은 충분한 젖음성(이온전도도 확보)와 내열성 향상(강화분리막 등장)이다.

2) 분리막의 종류

- 현재 가장 폭넓게 사용하고 있는 것은 세라믹 코팅 분리막이다.

- LG화학의 Dip 코팅 방식 세라믹 층 도입한 SRS(safety reinforced separator) 분리막이 현재 표준(알루미나 사용)

 

4. 전해액 (배터리 단가 비중 11%)

1) 전해액의 역할

- 이온을 운반하는 전해질이 포함되어, 이온의 이동을 돕는 매개체 

2) 전해액의 구성

- 리튬염, 용매, 첨가제로 구성

* 솔브레인 후성 천보

 

전기차 2차전지 소재 관련주 (전해액) - 천보 / 후성 / 솔브레인

전기차 2차전지 소재 관련주 (전해액) - 천보 / 후성 / 솔브레인

5. 기타 (배터리 단가 비중 24%)

1) 양극 집전체 - 알루미늄박

- 전체 배터리 원가의 1% 정도 비중. 양극재 지지체로 전자의 이동 통로 역할

- 알루미늄박의 경우, 기술 차이가 미미하고 시장 파이 작음 -> 주로 중소기업이 진입

 

2) 음극 집전체 - 구리박

- 전체 배터리 원가의 7~8% 정도 비중. 음극을 형성하는 집전체 역할

- 기술적 쟁점은 두께이며, 이미 동박 또한 비용 효율화가 끝남 -> 이제 중요한 건, ‘규모의 경제’

* 일진머터리얼즈, SKC, 두산솔루스

 

전기차 2차전자 소재 관련주 (동박) - SKC / 일진머티리얼즈 / 두산솔루스

전기차 2차전자 소재 관련주 (동박) - SKC / 일진머티리얼즈 / 두산솔루스

 

III. 2차전지 벤더 SUPPLY CHAIN

출처 : 이베스트 투자증권

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