[2020 전자대국을 향하여] 미래의 유전 2차전지를 키우자

<1>2차전지 글로벌 1등 노린다

2차전지가 반도체·디스플레이·휴대폰 등 우리나라 IT수출 삼총사를 이을 제4의 수출 병기로 커나가고 있다. 글로벌 시장 1위 고지를 향한 도전이 거세다.

지난해 우리나라는 IT에서만 590억달러에 달하는 사상 최대의 흑자를 일궈냈다.

2008년 9월 리먼사태로 세계 주요 국가들이 금융위기로 독감에 걸려 있는 동안, 우리 경제는 빠른 회복세로 자리를 털고 일어났다. 이 바탕에 수출 주력품인 반도체·디스플레이·휴대폰 삼총사가 있었다. 특히 디스플레이 패널은 글로벌 침체기에도 세계 시장 점유율 48%라는 확고한 시장지배력을 발판으로 수출 회복을 견인했고, 반도체는 D램 분야 56.9%의 세계시장 점유율로 휴대폰을 제치고 2007년에 이어 IT 수출 1위 품목이 됐다. D램의 세계시장 점유율은 2008년 대비 8.1%나 높아진 것이다. 휴대폰은 제품 라인업과 신흥시장 공략 강화로 사상 처음 세계시장 점유율 30%대에 진입했다. 모두 세계 1위 제품이거나 이에 근접한 우리의 자랑이다.

◇‘2차전지’도 글로벌 1등이 보인다=지난해 우리나라 2차전지 수출 규모는 약 29억달러였다. 이는 반도체나 휴대폰의 10분의 1 수준이다. 하지만 최근 우리나라 2차전지 산업의 경쟁력과 시장 성장세를 감안하면 반도체나 디스플레이에 못지않은 효자 품목으로 떠오를 가능성이 크다. 특히 최근 우리나라가 노트북, 휴대폰 등 소형 2차전지 시장에서 일군 성과는 눈부실 정도다.

 

지난 2007년 전 세계 리튬2차전지 시장점유율은 산요가 21%로 1위, 이어 소니 14%, 삼성SDI 13%에 불과했다. 하지만 지난해 상황은 사뭇 다르다.

일본 전지 분야 전문 시장조사 기관인 IIT에 따르면 지난해 3분기 삼성SDI는 사상 처음으로 산요를 제치고 선적 출하량 기준으로 세계 1위를 차지했다. LG화학도 14.6%의 점유율을 기록했다. IIT는 삼성SDI의 작년 3분기 셀 출하량이 1억549만셀을 기록할 것으로 추산했는데, 월평균 출하 규모로 보면 5283만셀로 이는 산요의 월평균 출하량 전망치인 5160만셀보다 앞서는 것이다.

그간 3위였던 소니는 작년 말 15.8%에서 12%대 밑으로 주저앉았다. 물론 4분기에는 산요가 1위를 탈환했지만 10년이라는 짧은 기간에 이룬 성과라는 점에서 일본 기업들조차 경악을 금치 못하고 있는 상황이다.

일본이 지난 100년 동안 연구개발과 투자로 얻은 전지산업에서의 성과를 LG화학과 삼성SDI 각각 1999년과 2000년에 공장을 세운 후 10년 만에 뛰어넘은 것이다.

◇과감한 투자와 연쇄 공급 사슬이 성공 요인=이처럼 우리나라의 2차전지 산업이 빠르게 성장할 수 있었던 데는 대기업의 적극적인 투자가 주효했다.

삼성SDI는 천안공장 건립과 라인 건설에 1999년 5000억원 이상을 투자했고, LG화학도 비슷한 규모의 투자를 단행했다. IMF 외환위기를 겪고 있던 당시로서는 파격적인 투자 결정이었다. 반대도 많았고, 모험으로 폄하하는 시각도 있었지만 결국 지금에 와서는 가장 잘한 투자 중 하나로 평가받고 있다.

여기에 일본 기업이 일찌감치 시장에 진출하면서 단가가 비교적 싼 니켈수소전지를 선택한 반면에 우리 기업들은 고부가제품인 리튬에 집중한 것도 일본을 일부 추월하게 된 이유다.

실제 일본 기업은 당시 업종 간 합종연횡으로 니켈수소전지 개발에 주력했다. 파나소닉과 도요타의 ‘파나소닉EV에너지’, 닛산과 NEC의 ‘AESC’, 혼다와 GS유아사의 ‘블루 에너지’ 등 일본업체가 자동차에 니켈 수소를 적용한 것이 대표적이다. 특히 최근 산요의 시장점유율이 낮아진 이유는 2005년부터 2007년까지 3년간 대규모 적자를 봤고 차입금도 늘면서 제대로 된 투자를 하지 못했던 것이 원인으로 지목되고 있다.

이들보다 뒤늦은 2000년을 전후로 2차전지사업에 뛰어든 LG화학과 삼성SDI 등 국내 기업은 리튬이온전지로 눈을 돌렸다. 리튬이온전지는 니켈수소전지보다 10∼15% 비싸지만 에너지효율이 50%가량 높다는 점에 주목한 것. 국내 기업의 전략은 적중했다. JP모건은 전기차용 전지 시장에서 리튬이온전지 비중이 올해 16.1%에서 2020년 93.9%로 높아질 것으로 예상했다.

관련 산업의 공급 사슬이 잘 이어진 것도 성공요인으로 꼽힌다. 리튬이온전지 시장에서 일본·한국·중국 업체가 독점하는 데서 알 수 있듯 그동안 2차전지의 주 용도가 IT제품이었기 때문이다. 우리나라는 삼성전자와 LG전자로 대표되는 국가대표 모바일 IT기업이 휴대폰과 노트북 등을 통해 안정적인 수요를 창출하고 있다. 일본도 소니와 파나소닉 등 가전 업체들이 있었지만, 지난 10년간의 경쟁구도가 말해주듯 우리기업의 지배력과 우월성이 더 컸다.

◇중소전문기업도 시장 성장에 한몫=이처럼 국내 2차전지 양대 기업이 성공적인 시장 진입을 이룬 데에는 음극소재, 양극소재, 보호회로 업체, 분리막 등 중소 전문 업체의 역할도 컸다.

주요 부품과 소재를 일본 등 해외에서 전량 수입하게 되면 가격경쟁력 면에서 일본 기업에 열세일 수밖에 없다. 하지만 엘엔프신소재, 한국유미코아, 대정화학 등 국내 중소 업체가 양극활물질 개발과 생산에 적극적으로 가세했다. 또 소디프신소재, 카보닉스가 음극활물질, 제일모직이 전해질 등을 만들어 내며 시장 성장에 촉매제 역할을 해냈다. 또 파워로직스, 넥스콘테크 등이 2차전지 보호회로를 국산화해 시장에 진입하면서 국내 전지업체도 일본과 대등한 가격 경쟁력을 갖추게 된 것이다. 또 이들 기업은 향후 급성장이 예상되는 중대형 전지 분야에 대한 연구개발과 투자를 진행하고 있어 시장 성공의 동반자로서 역할이 기대된다.

여기에 최근에는 중대형 전지 분야 전문기업의 위상도 높아지고 있는 상황이다. 코캄이 미국의 다우코닝과 합작을 이끌어냈고, 이아이지는 인도의 타타자동차를 비롯한 승용차 시장과 상용차 시장에서도 빛을 발하고 있다.

◇중대형 분야는 새로운 도전 과제=국내 기업들이 소형전지 분야에서 급성장에도 불구하고 여전히 넘어야 할 산이 많다. 2차전지의 용도가 자동차·대용량 에너지저장장치 등으로 확대되고 있고 미국과 EU 등 선진국 업체가 속속 가세하면서 시장 경쟁이 더욱 치열해졌기 때문이다.

원자력, 태양광, 풍력이 범국가적 차원에서 에너지 확보를 위한 정책적 필요에 따라 산업규모가 확대되고 있는 것과 달리, 2차전지는 기업들의 새로운 먹거리를 창출할 수 있는 신수종 사업이라는 측면에서 각국 정부와 기업들의 과감한 대형 투자가 단행되고 있다.

미국은 2차전지 등 신재생에너지사업에 15억달러 투자를 이미 결정했고 일본 역시 자동차 기업과 전지생산 기업, 대학, 연구소 등 22개 기관이 참여하는 차세대 전지개발 프로젝트를 가동 중이다.

여기에 중국은 국가 기술개발 프로젝트인 ‘836 계획’에 자동차용 2차전지를 포함시킴과 동시에 리튬 등 2차전지용 희소 금속을 전 세계적으로 독점하려는 계획을 차근차근 밟아나가고 있다.

이에 따라 우리나라 역시 2차전지를 차세대로 먹거리로 키우기 위해서는 R&D 지원과 희소 금속의 확보 등 정부의 정책 뒷받침이 시급한 상황이다.

나아가 전문가들은 차세대 2차전지 산업에서 주도권을 쥐기 위해서는 2차전지에 들어가는 주요 소재의 국산화와 기술화가 필요한 만큼 소재 기업의 육성도 중요하다고 지적하고 있다.

김영준 전자부품연구원 전지연구센터장은 “현재 2차전지의 4대 재료인 양극재, 음극재, 전해질, 분리막은 니치아화학, 히타치화성, 우베흥산, 아사히화성 등 일본업체가 장악한 상황”이라며 “국내 기업들의 기술혁신과 노력이 더욱 중요하다”고 말했다.

이경민기자 kmlee@etnews.co.kr

 

세계 최초 하이브리드카 상용 모델인 일본 도요타의 프리우스는 요즘 최고의 주가를 올리고 있다.

도요타 프리우스는 지난 한 해 20만8876대가 팔려 세계 최고 인기 차종으로 등극했다. 2008년 판매치의 2.8배에 이르는 규모다. 이는 도요타가 1997년 세계 최초로 하이브리드카를 제품화한 후 12년 만에 만들어낸 성과다. 전 세계 전기차 시장의 폭발적 성장을 선도하는 모델이 됐다.

이를 계기로 우리나라의 현대기아차를 비롯해 GM, 벤츠, 포드, 혼다, 크라이슬러 등 세계 각국의 글로벌 자동차 업체들이 앞다퉈 친환경 전기차 상용화에 나서고 있다. 고유가와 환경규제, 화석에너지 고갈이 엔진 중심의 세계 자동차시장의 지각변동을 부르고 있다.

이 같은 자동차시장의 변화는 2차전지 업계엔 새로운 거대 시장의 출현을 의미한다. 그간 2차전지 수요는 휴대폰과 노트북 등 소형 IT 기기에 머물렀지만 이제 대용량의 에너지를 저장할 수 있는 중대형 2차전지로 확대된 것이다. 특히 아직 2차전지가 완전히 가솔린을 대체할 만큼 에너지 밀도와 힘을 구현하는 데 어려움을 겪고 있어 ‘싸고, 힘 좋고, 오래 가는’ 배터리를 만들려는 각 국의 경쟁은 치열하다. 전기차용 배터리 시장을 누가 주도하느냐에 따라 향후 자동차 산업의 패권이 갈리기 때문이다.

 

◇일본, 자동차 강국 앞세워 2차전지도 독주 태세=친환경 전기차 분야에서 가장 먼저 시장 선점에 나선 곳은 일본이다. 일본은 자동차와 전지 분야 강국이다. 일본은 지난 2007년부터 자동차용 2차전지 개발 로드맵을 마련, 2012년까지 5년간 85억엔의 자금을 투입해 차세대 자동차용 2차전지 시스템 개발을 추진하고 있다. 최종 목표는 개발 완료 후 가격은 현재 전지 가격의 7분의 1, 성능은 1.5배 향상이다. 또 2030년에는 배터리 가격을 현재의 40분의 1로 줄이고, 성능은 7배 향상시킨다는 목표다.

이러한 노력은 일본 산업계에서도 이어지고 있다. 자동차 업체인 도요타는 전기차 시장의 70%가량을 점유하면서 일본 전지업체 사업 확대의 통로 역할을 하고 있다. 특히 파나소닉은 도요타의 급속한 하이브리드카 생산 확대에 힘입어 전 세계 40%의 점유율을 확보하고 있다. 또 지난해에는 미야기현에 새롭게 생산라인을 증설, 연간 80만개의 자동차용 배터리를 공급한다는 계획이다.

파나소닉 외에도 혼다와 닛산, 미쓰비시 등 자동차 업체들이 일본 전지 업체와 손잡고 신차 및 관련 신형 배터리 출시 경쟁에 돌입한 상태다. 닛산과 NEC의 합작법인인 AESC, 미쓰비시와 GS유아사의 합작법인인 리튬에너지재팬, 혼다와 GS유아사의 합작법인 블루에너지 등이 대표 주자다. 판매 대상국도 일본을 넘어 미국과 유럽, 중국 등으로 확대되고 있다. 즉 자동차 업체와 2차전지 업체가 두 바퀴로 나란히 세계 시장을 견인하고 있는 것이다.

하지만, 일본도 약점은 있다. 일본은 기존 니켈수소(NI―MH) 전지 중심의 전기차 개발에 집중, 향후 중심축이 될 리튬이온 전지에서는 상대적으로 취약하다. 특히 도요타는 지난해 파나소닉과 손잡고 당초 리튬이온 전지를 채택한 프리우스 신차를 출시할 예정이었으나 올해로 연기했다. 이유는 리튬이온 전지 개발에서 기술적 결함이 발견됐기 때문이다.

◇무섭게 추격하는 중국=중국은 급성장하는 수요에 힘입어 저가 제품을 주로 공급하고 있다.

중국의 리튬 2차전지는 선진국에 비해 성능이 낮고 신뢰성도 떨어진다. 하지만 2000년부터 2007년까지 휴대폰 관련 수출이 연평균 55.1%나 늘었고, 자국내 모바일 기기의 확산으로 수입도 같은 기간 연평균 66.8% 증가함으로써 수요와 비례해 경쟁력이 크게 축적된 게 사실이다.

최근에는 휴대폰을 넘어서 고급 기술인 노트북PC용 원통형 리튬이온 전지와 하이브리드 전기차용으로까지 기술 적용을 확대하고 있다.

특히 눈여겨볼 업체는 BYD다. 이 회사는 모토로라의 70%, 노키아의 10∼15% 물량을 소화하는 리튬 2차전지 최대 업체다. BYD는 대량 생산체제를 갖추고 내수시장 중심에서 해외로 눈을 돌리고 있다. 특히 BYD는 지난 2008년 12월 플러그인 하이브리드 전용차 ‘F3DM’을 세계 첫 출시했다. 아직 신뢰성은 낮지만 폴크스바겐이 전기차용 배터리 개발 합작을 시도한 만큼 향후 성장 가능성이 크다는 평가다.

중국은 정부 차원에서도 제10차 5개년 계획의 하나로 전기자동차 산업화 실행계획을 수립, 산학연 공동 연구개발 프로젝트팀을 구성해 연간 1000억원의 개발사업비를 지원하고 있다. 또 자국 내 중국산 전지 사용 확대를 행정지도를 통해 지원, 중국산 전지의 사용률이 50%까지 증가했다.

◇자동차 강국들 신차 개발 집중=미국은 에너지부(DOE)를 중심으로 정부 차원에서 원천기술 개발을 위해 관련 예산을 크게 늘려잡았다. 지난 2006년 2400만달러였던 지원 금액은 2007년 4000억달러, 2008년엔 4200억달러로 증가했다.

미국은 자국 내 리튬 2차전지 산업 기반이 취약해 초기 시장에서 일본이나 한국 등 해외 업체에 의존할 수밖에 없는 구조다. 따라서 조인트벤처와 한국 업체 등이 배터리 연구 개발을 책임지고 있는 상황이다.

존슨컨트롤과 샤프트배터리의 조인트 벤처인 JCS와 LG화학의 미국 자회사인 CPI가 각각 2006년부터 가격 경쟁력과 고출력 특성을 중심으로 리튬전지를 연구하고 있는 것이 대표적이다. 따라서 GM, 포드, 크라이슬러 등 미국의 빅3 자동차 업체는 일본 및 우리 업체와 제휴해 2차전지 개발을 맡기고 관련 신차 개발에 전념하고 있다.

유럽 역시 2차전지에 대한 연구가 선행됐지만 현재 관련 산업이 없어 폴크스바겐, BMW, 벤츠 등 자동차 업체들은 한국 및 일본 업체와 짝을 이뤄 제품 개발에 나서고 있다. 특히 이 지역은 이산화탄소 배출과 무공해차 관련 규제 강화로 업체 간 개발 경쟁이 심화돼 친환경차의 조기 실용화가 예상된다. 유럽연합(EU)은 자동차 CO배출량을 2012년부터 130g/㎞로 규제하는 법안이 지난 2007년 12월 공표됐고, 미국의 캘리포니아주는 2005년부터 자동차 판매 시 친환경차를 일정 물량 판매해야 하는 무공해차 규제를 적용 중이다.

◇일본 독주를 막아라=일본의 자동차용 전지시장 독주에 제동을 걸 수 있는 나라는 한국뿐이다.

우리나라는 현대기아차라는 글로벌 자동차업체와 세계적인 전지업체를 보유한 것이 강점이다. 현대기아차는 물론이고 LG화학과 삼성SDI 등 우리나라 2차전지 업체들은 전기자동차용 전지 개발에 본격적으로 나서고 있다. 특히 전지업체들은 휴대폰과 노트북PC를 중심으로 축적된 기술력과 가격 경쟁력을 갖추고 글로벌 자동차 업계와 제휴에도 적극적이다.

대표적인 곳이 LG화학이다. 이 회사는 오창과학산업단지에 전기차용 배터리 공장을 가동 중이고, 2013년까지 1조7000억원을 투자해 세계적인 2차전지 업체로 도약하겠다는 계획이다. LG화학은 중대형 전지사업과 관련해 지난해 현대차가 국내 최초로 양산한 하이브리드카 ‘아반떼’와 기아차의 ‘포르테’에 리튬이온폴리머전지를 단독 공급했다. 이 회사의 제품은 기존 하이브리드카에 주로 적용된 니켈수소전지에 비해 무게가 35%나 가볍고, 충돌 등 돌발 상황에 대비한 4중 안전설계로 안전성까지 겸비했다. 또 GM의 HEV ‘볼트’ 생산에 참여, 2015년까지 2차전지를 단독으로 공급하게 된다.

삼성SDI와 보쉬의 합작사인 SB리모티브도 BMW가 2012년에 상용화할 전기차에 2차전지를 공급하기로 계약을 맺는 등 향후 친환경 전기차 시장에 적극 대처하고 있다.

한편, 정부도 지난해 전기차 양산 계획을 2년 앞당겨 2011년으로 정하고 법·제도 정비와 관련 산업에 대한 지원을 약속한 바 있다. 이를 통해 2015년 세계 전기차 시장의 10%를 점유, 2020년 국내 소형차의 10% 이상을 전기차로 보급하는 등 향후 명실상부한 글로벌 전기차 4대 강국 지위를 확보하겠다는 계획이다.

이경민기자 kmlee@etnews.co.kr

리튬 2차전지를 둘러싼 세계 주요국 간 경쟁이 치열해지고 있다.

왜 이처럼 세계 각국이 여러 전지 중 리튬 2차전지 개발 경쟁에 열을 올릴까. 이유는 주요국 간 친환경자동차에 대한 관심이 고조되는 가운데 현존하는 가장 친환경적인 전지가 바로 리튬2차전지기 때문이다. 또 에너지밀도와 가격 경쟁력에서 앞서는 것도 리튬전지의 장점이다.

화학전지는 크게 1차전지, 2차전지, 연료전지로 구분된다. 1차전지는 슈퍼 등에서 판매되는 전지로서 전지 속의 에너지가 고갈되면 버리는 제품이다.

반면에 2차전지는 휴대폰·노트북PC 등에서 계속 충전하면서 여러 번 재사용이 가능하다. 2차전지에는 납축전지, 니켈카드뮴(NI-Cd)전지, 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬전지 등이 있다. 이 중 납축전지는 현재 자동차의 시동이나 점화, 산업용, 수송기계, 비상용 전원 등의 용도로 사용된다. 가격이 저렴한 장점이 있으나 환경적인 요인 등에서 전지 성능 향상에 한계를 보여 다른 2차전지 가격이 낮아지면 여타 2차전지로 대체될 가능성이 매우 높다.

니켈카드뮴전지는 2차대전 중 유럽에서 대형 용도로 개발, 성능 신뢰도가 높아 현재 전동공구 등 산업용으로 주로 사용되고 있다. 그러나 카드뮴이 공해물질이라는 이유로 점차 생산이 둔화되고 있다. 고성능 2차전지에 속하는 니켈수소전지는 전압도 니켈카드뮴과 동일한 1.2V로서 기존 전지와 전기적으로 호환성이 장점이다. 하지만 니켈수소 2차전지는 과거 휴대폰 등 소형 2차전지 시장에서 가볍고 부피가 작은 리튬 2차전지에 시장을 내준 바 있다.

 

리튬 2차전지는 지난 1978년 상용화 가능성이 확인되고 1991년 일본의 소니 에너지테크에서 세계 최초로 상용화에 성공했다. 이후 1995년부터 휴대폰 수요와 함께 급성장세를 타게 된다. 향후 하이브리드자동차 시장에서도 소형 전지 시장과 마찬가지로 에너지밀도와 가격 경쟁력 등에서 리튬 2차전지에 자리를 내줄 가능성이 높다.

이경민기자 kmlee@etnews.co.kr