1000조원 미래 먹거리, K배터리 비상등 켜졌다

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K배터리 비상등, 출구는 없나
지난해 수주 잔고 1000조원을 돌파하며 반도체에 이어 한국의 차세대 먹거리로 부상한 K배터리에 비상등이 켜졌다. 글로벌 전기차수요 둔화 속에 지난해 4분기부터 배터리 수요가 줄어들고 있는 데다 중국의 전기차 공습이 갈수록 거세지고 있고, 일본이 배터리에 대규모 투자를 하는 등 경쟁은 치열해지고 있기 때문이다. 전문가들은 기업의 투자만으로는 한계가 있는 만큼 정부의 적극적인 지원이 필요한 시점이라고 강조한다.

중국을 제외한 글로벌 전기차 배터리 시장점유율 1·4·5위 기업인 국내 배터리 3사(LG에너지솔루션·SK온·삼성SDI)의 지난해 4분기 합산 매출은 16조7030억원으로 3분기(17조3443억원) 대비 3.7% 감소했다. 매출이 크게 줄진 않았지만 리튬·니켈 등 핵심광물 가격이 내려가면서 수익성이 악화하고 있다. 3사의 지난해 4분기 합산 영업이익은 6314억원으로 3분기(1조1411억원) 대비 44.7% 급감했다. SK온은 4분기 186억원의 적자를 기록했다.

그래픽=김이랑 기자 kim.yirang@joins.com

경기 불황과 각국의 보조금 삭감에 폭발적으로 증가하던 글로벌 전기차 수요가 꺾이면서 나타난 현상이다. 시장 조사 업체 SNE리서치에 따르면 지난해 글로벌 전기차 인도량은 1406만대로 전년 대비 33.4% 증가하는 데 그쳤다. 2022년 61.3%의 반토막이다. 그러다 보니 배터리 사용량도 지난해 38.6% 증가에 그쳤다(2022년엔 71.8% 증가). 수요가 가라앉은 가운데 공급 측면에선 설비 증설이 본격화하면서 단기적으로 배터리 공급망 전체에서 과잉 우려가 커진 상태다.

문제는 글로벌 전기차 수요가 회복된다고 해도 K배터리의 경쟁력을 장담할 수 없다는 데 있다. CATL과 BYD 등 중국의 배터리 업체가 자국 전기차를 앞세워 K배터리를 위협하고 있기 때문이다. 배터리와 전기차를 만드는 BYD는 지난해 4분기 미국 테슬라를 제치고 글로벌 전기차 판매 1위를 달성했다. BYD는 특히 내수시장은 물론 일본·태국·스웨덴 등지에서도 전기차 판매 1위를 달리고 있다.

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미국 압박, 일본 반격, 전고체 개발 경쟁…3대 난제 넘어야 K배터리 재도약 길 열린다

중국의 1위 2차전지 제조업체 CATL이 지난해 8월 선보인 전기차용 리튬인산철(LFP) 배터리. 10분 충전으로 400㎞를 갈 수 있다. [신화통신=뉴시스]

이 덕에 CATL과 BYD(배터리)는 지난해에만 각각 전년 대비 40.8%, 57.9% 성장하며 글로벌 시장 점유율 1위, 2위를 차지했다. CATL은 중국 전기차 브랜드뿐 아니라 테슬라 모델3·Y, BMW iX, 메르세데스 벤츠 EQS 등 글로벌 자동차에도 배터리를 공급하면서 중국을 제외한 글로벌 시장에서도 1위 LG에너지솔루션을 바짝 뒤쫓고 있다. 전기차 수요가 살아나면 K배터리 판매량도 늘어나긴 하겠지만, 중국 업체의 시장 잠식이 더 가파를 것이라는 분석이 나오는 이유다.

그래픽=양유정 기자 yang.yujeong@joongang.co.kr

그런데, 진짜 문제는 전기차 수요 회복이 아니라는 분석들이 나온다. 중국을 견제한 미국의 인플레이션 감축법(IRA) 불똥이 K배터리로 옮겨 붙고 있기 때문이다. 국내 3사는 배터리 제조의 핵심광물 대부분을 중국 수입에 의존하고 있는데, IRA 규제 시행으로 중국산 핵심광물을 공급받아 만든 배터리를 탑재한 전기차는 미국 정부의 보조금을 받을 수 없다. 몰락한 듯 보였던 ‘배터리 종주국’ 일본의 최근 기세도 심상찮다. 소재·부품·장비 기술력을 앞세워 종주국의 위상을 되찾겠다고 나서고 있다.

특히 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리 등 차세대 고부가가치 제품 개발 경쟁에서 한국을 앞서고 있는 것으로 분석된다. 전문가들은 K배터리를 한국의 흔들림 없는 먹거리로 만들기 위해선 컨트롤타워 설립 등 정부의 적극적인 지원이 필요한 시점이라고 강조한다. 이호근 대덕대 미래자동차학과 교수는 “현재 배터리 산업은 산업통상자원부와 환경부, 과학기술정보통신부 등으로 나뉘어 부처 간 이해관계에 따라 비효율적으로 육성되고 있다”며 “미국의 에너지부처럼 통합 조직을 만들고 전문 인력을 투입해 꾸준히 정책을 발굴할 수 있도록 해야 한다”고 말했다.

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중국 견제한 미 IRA 세부 규정 암초
현재 글로벌 전기차 배터리 시장을 장악한 국가는 중국이다. SNE리서치에 따르면 지난해 글로벌 전기차 배터리 생산량은 705.5GWh(기가와트시)로, 그중 상위 10개 기업 가운데 6곳(CATL·BYD·CALB·궈시안·EVE·신왕다)이 중국 업체다. 6곳의 글로벌 시장점유율은 63.5%에 달한다. 자동차 등의 자국 산업 보호를 최우선 과제로 내세우는 한편 중국을 집중 견제 중인 미국으로선 달가울 리 없다. 미국 내 인플레이션 완화가 목적이지만 이런 배경 속에서도 나온 게 2022년 발효된 IRA다.

IRA를 통해 미국 정부는 배터리의 핵심광물과 부품이 일정 요건을 충족하고, 북미에서 최종 조립된 전기차에 한해 최대 7500달러의 보조금을 지급하기로 했다. 여기서 ‘일정 요건’이란 전기차 배터리를 만드는 기업이 부품은 올해부터, 핵심광물은 내년부터 미국 정부가 외국우려기업(FEOC)으로 지정한 곳에서 조달하면 안 된다는 것이다. 즉, 보조금 지급 규제 강화로 기업의 가격 인하 경쟁이 심화되는 셈이다. 그런데 미국은 지난해 12월 발표한 IRA 세부규정안에서 사실상 중국 내 모든 기업을 FEOC로 정했다. 이로써 미국에서 전기차 보조금을 받을 수 있는 차종이 지난해 말 43개에서 올해 19개로 줄었다.

그래픽=양유정 기자 yang.yujeong@joongang.co.kr

문제는 한국 기업이 조달 중인 핵심광물의 대부분이 중국산이라는 점이다. 지난해 산업통상자원부 발표에 따르면 한국은 배터리 핵심광물의 중국산 수입 의존도가 ▶수산화리튬 84% ▶수산화코발트 69% ▶황산코발트 97% ▶황산망간 97% ▶탄산망간 100% 등으로 매우 높다(2021년 기준). 결국 중국산 핵심광물 수입 최소화가 필요한데, 이는 기존 공급망을 완전히 흔드는 일이라 1년 안에 해결될 문제가 아니기에 업계는 난색을 표한다.

지난달 21일(이하 현지시간) 미국 관보에 따르면 한국 기업은 미국 정부에 의견서를 제출했다. IRA로 보조금을 받을 수 있는 차종이 하나도 없는 현대자동차그룹은 “흑연 등 특정 핵심광물에 대한 FEOC 규정 적용을 한시적으로 유예해 달라”고 밝혔다. 중국은 2022년 세계 구형흑연(흑연 광석을 가공한 중간 원료)의 100%, 합성흑연의 69%를 생산했다. 다른 국가들이 단기간에 그 역할을 대체하기 힘든 사정을 참작해 달라는 논리다.

SK온 역시 “중국산 흑연을 대체할 공급망을 구축하려면 최소 3~4년이 걸리고, 그렇게 해도 북미 수요를 전부 감당하기 힘들다”며 핵심광물에 대한 FEOC 규정 적용을 2027년 1월로 2년 유예해 달라고 요청했다. LG에너지솔루션은 “핵심광물 총 가치의 10% 미만을 차지하는 저(低)가치 재료는 규정에서 예외로 해 달라”며 코발트와 형석 등을 저가치 재료로 제시했다. 하지만 의견이 수용될지는 미지수인 데다, 수용돼도 한시적 조치일 뿐이다.

비상이 걸린 기업은 다각도로 공급망 확보에 나섰다. SK온은 최근 미국의 웨스트워터리소스와 2027~31년 미국산 천연흑연 공급 계약을 체결했다. LG에너지솔루션은 캐나다의 일렉트라와 2025~29년 황산코발트 공급 계약을, 칠레의 SQM과 2029년까지 리튬 공급 계약을 체결했다. 삼성SDI는 아예 해외 광산 업체를 인수해 니켈 일부를 확보했다. 이 같은 노력에도 그러나 여전히 중국산을 대체하기 어려운 형편이다. 김필수 대림대 미래자동차공학부 교수는 “미국은 올해 대선에서 도널드 트럼프 전 대통령이 당선돼도 여론을 고려해서 IRA를 폐기하기 힘들 것”이라며 “기업이 공급망 다각화에 계속 적극 나서야 한다”고 말했다.

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소·부·장 경쟁력 앞세운 일본의 추격

전고체 배터리를 탑재한 도요타 전기차. [사진 도요타]

SNE리서치에 따르면 10년 전인 2014년 글로벌 전기차 배터리 시장점유율 1위 국가는 일본이었다. 당시 사용량 기준 71%로 한국(17.3%)과 중국(9.6%)을 크게 앞섰다. 하지만 이후 중국의 대규모 투자, 한국의 기술력 확보와 원가 절감 등에 밀려 일본은 시장에서 밀려났다. 지난해 글로벌 점유율이 CATL(36.8%)와 BYD(15.8%), LG에너지솔루션(13.6%)에 이어 4위를 기록한 파나소닉(6.4%) 정도만이 명맥을 이어가고 있다.

그런 일본이 최근 권토중래에 나선 정부와 기업의 과감한 투자로 심상치 않은 분위기를 연출 중이다. 일본 경제산업성은 지난해 도요타의 배터리 사업 투자에 보조금 1200억 엔(약 1조700억원)을 지원한다고 발표했다. 도요타가 추산한 해당 사업 규모의 40%에 달하는 액수다. 또 최근 외신에 따르면 일본 정부 산하의 일본개발은행(DBJ)은 반도체와 배터리 등 국가 경제 안보에 필수인 산업 분야에 향후 2년간 1500억 엔(약 1조3300억원) 이상을 투자하기로 했다. 이를 통해 아티언스 등 자국 기업의 배터리 소재 생산 확대 등을 지원하기로 했다.

그래픽=양유정 기자 yang.yujeong@joongang.co.kr

아울러 파나소닉은 지난해 연매출 11조원의 자동차 부품 생산 자회사를 매각한 자금 5조원을 배터리 사업 강화에 투자한다고 밝혔다. 과감한 투자로 옛 영광을 되찾는다는 일본의 자신감은 배터리 산업의 근간인 소재·부품·장비 분야에서 유지 중인 강력한 경쟁력에서 비롯된다. 한국과학기술기획평가원 분석 자료에 따르면 현재 일본의 기술 수준을 100%라고 봤을 때 한국은 96%, 중국은 82.5%로 각각 0.5년과 2년의 기술 격차가 있다.

일본은 소·부·장에서, 한국은 패키징(양산 기술)에서 각각 우위를 점했는데 전체적으로 일본의 기술력이 조금 더 우세하다고 보는 것이다. 박철완 서정대 스마트자동차학과 교수는 “일본은 시장점유율 반등이 아직 두드러지지는 않지만, 1991년 세계 최초로 리튬이온 배터리 양산과 상용화에 성공했고 삼원계·흑연 음극재 같은 배터리 관련 주요 신기술을 만드는 등 언제나 선도적 위치에 있었다”며 “이를 중심으로 언제라도 다시 경쟁에서 치고 올라올 수 있다”고 경계했다. 이는 도요타·혼다 등 막강한 자동차 기업들과의 시너지 효과로도 이어지기 때문이다.

한국도 기업의 적극적인 투자로 배터리의 소·부·장 경쟁력은 과거보다 강화됐다. 소재에선 에코프로비엠이 배터리의 출력을 결정하는 양극재 분야에서 글로벌 1위 생산력을 확보했고, 포스코퓨처엠은 배터리 충전 속도를 결정하는 음극재 분야 글로벌 5위다. SKIET는 양극과 음극이 닿지 않도록 막아주는 분리막 분야에서, SK넥실리스는 음극재 코팅 재료인 동박 분야에서 각각 글로벌 1위다. 장비에선 디이앤티와 에이프로 등이 주목할 만한 경쟁력을 갖춘 것으로 분석된다.

그럼에도 개선점이 적잖다. 예컨대 에코프로비엠은 부채비율이 지난해 상반기 155.6%, 포스코퓨처엠은 지난해 3분기 133%에 달하는 등 공격적 투자 과정에서 재무구조 악화로 투자 확충에 어려움을 겪고 있다. 정부가 전기차에 보조금을 주는 것처럼 배터리 산업에서도 생산 보조금을 지급하고, 세제 혜택을 주는 등의 대책 마련에 나서야 한다는 분석이 나오는 이유다. 기업 전략 설계 전문가인 설명환 펄스 대표는 “배터리는 결국 재료 중심의 과학 분야”라며 “한국이 지금처럼 패키징 분야에서만 강점을 보인다면 앞으로 배터리 산업에서 현재 위치를 유지하기 어렵기 때문에 정부가 나서서 소·부·장 분야 강화에 힘써야 한다”고 지적했다.

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‘게임 체인저’ 전고체 시장 선점 경쟁
최근 배터리 업계는 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리 개발 경쟁에 전념 중이다. 중국이 주도한 가격 인하의 ‘치킨 게임’으로 악화한 경쟁 여건을 개선시킬 ‘게임 체인저’로 여겨서다. 전고체 배터리는 양극과 음극 사이 전해질이 액체 아닌 고체로 된 2차전지다. 현재 가장 많이 사용되는 2차전지인 LI는 액체 전해질인데, 가연성 물질이라 고열에 폭발할 위험성이 크고 수명도 짧은 편이다. 반면 고체 전해질은 구조적으로 안정돼 충격에 의한 누액 위험성이 작은 편이다.

이 때문에 화재 방지 부품을 사용하지 않아도 되고, 그 공간에 배터리 용량을 향상시키는 소재를 사용하는 식으로 에너지 밀도를 높일 수도 있다. 따라서 고체 전해질로 바꾸면 폭발 위험 최소화는 물론 전기차의 경량화와 주행 거리 향상까지 기대할 수 있다. 성장세 둔화 우려가 나오는 기존 배터리 시장과는 달리, 전고체 배터리 시장은 2022년 글로벌 2750만 달러(약 370억원) 규모에서 2030년 400억 달러(약 53조4600억원) 규모로 급성장할 전망이 나오는 이유다(SNE리서치).

그래픽=양유정 기자 yang.yujeong@joongang.co.kr

이에 각국은 전고체 배터리의 상용화와 시장 선점에 사활을 걸었다. 중국에선 정부 주도로 전고체 배터리를 상용화하기 위한 연합체 ‘CASIP’가 최근 결성됐다. CATL과 BYD, CALB 등이 참여해 2030년까지 중국에서 전고체 배터리 상용화에 성공하고 공급망을 구축한다는 목표다. 우양 밍가오 중국 칭화대 교수는 현지 언론에 “전고체 배터리 기술이 배터리 시장에서 우위를 점하고 있는 중국을 뒤집을 위험에 대비해야 한다”고 평가했다. 다만, 전문가들은 중국이 일본보다 속도전에서 뒤처질 가능성이 크다고 보고 있다. 니케이아시아에 따르면 중국 기업이 보유한 전고체 배터리 관련 특허는 아직 100건 미만에 불과하다.

그러나 도요타만 해도 관련 특허 1300건 이상을 확보했다. 도요타는 내년 자사 하이브리드 전기차에, 2026년 순수 전기차에 전고체 배터리를 탑재하고 2027년부터는 전고체 배터리를 대량 생산할 계획이다. 여기에 대만도 도전장을 던졌다. 지난달 24일 외신에 따르면 대만 업체 프롤로지움테크놀로지는 대만 타오위안에 전고체 배터리 공장을 준공하고 양산에 돌입한다고 발표했다. 목표한 초기 생산력은 전기차 1만4000대에 탑재될 수 있는 연간 0.5GWh 규모다.

한국에선 삼성SDI가 전고체 배터리 개발 경쟁에 가장 앞선 것으로 분석된다. 삼성SDI는 지난해 국내 최초로 전고체 배터리 시제품을 생산, 4분기 일부 고객사에 제공했다. 2027년 상용화가 목표다. 또 조직 개편을 통해 전고체 배터리 전담 조직(ASB사업화추진팀)을 신설했다. SK온은 미국의 솔리드파워와 기술 이전 협약을 체결하면서 속도전에 가세했다. 2026년 시제품 생산과 2028년 상용화를 목표로 차세대 배터리 파일럿 라인을 올해 대전에 완공할 예정이다. LG에너지솔루션은 2030년까지 양산을 목표로 하고 있다.

관건은 이들 기업이 상용화에 성공하더라도 유의미한 수율(투입 숫자 대비 완성된 양품(良品) 비율)을 얼마나 빨리 달성할 수 있느냐다. 기업들이 수율 안정화를 위해 초기 전고체 배터리에 약간의 액체 전해질을 첨가할 수밖에 없을 것이라는 분석도 나온다. 정경윤 한국과학기술연구원 에너지저장연구센터장은 “시중 전기차에 실제 탑재되려면 목표한 시점보다 더 시간이 걸릴 것”이라며 “성능을 최대한 유지하되 가격 경쟁력을 갖추는 것도 난제”라고 분석했다.

이창균·오유진 기자 smilee@joongang.co.kr