미국의 배터리 시장 동향

미국의 배터리 시장 동향

2021-03-05 미국 시카고무역관 배성봉

- 한국, 일본 등 미국 리튬배터리 시장 선점 –
- 전고체 배터리 개발도 진행 중 -

 

 

산업조사 전문기관 Markets and Markets Knowledges에 따르면, 2020년 미국 리튬배터리 내수시장 규모는 약 60억 달러이다. 전체 북미시장 수요의 75%를 차지한다. 친환경적이고 지속 가능한 제품에 대한 미국 소비자의 인식이 높아지고 전기차 및 소형 전자기기 수요가 증가하면서 리튬배터리 시장도 급성장 중이다. 미국 소형 전자기기산업 내 리튬배터리 수요규모는 2020년 10억 6100만 달러에서 2025년 20억 1700만 달러로, 자동차산업 내 리튬배터리 수요규모는 2020년 13억 8800만 달러에서 2025년 27억 9800만 달러에 이를 것으로 전망된다. 또한 2025년까지 미국 리튬배터리 시장은 연평균 약 14.6%씩 성장하여 119억 달러에 달할 것으로 예상된다.

 

미국 내수시장 산업별 리튬배터리 수요

(단위: US$ 백만)

산업	2017년	2018년	2019년	2020년	2021년	2023년	2025년
소형 전자기기산업	842	938	992	1,061	1,166	1,475	2,017
자동차산업	1,023	1,163	1,263	1,388	1,565	1,994	2,798
우주 및 방위산업	451	502	540	585	647	818	1,132
해양산업	410	439	453	470	497	570	710
의료산업	564	622	663	713	781	969	1,327
공업	464	545	651	771	902	1,292	2,035
통신산업	823	911	959	1,021	1,117	1,390	1,871
전력산업	27	30	33	37	41	54	79
합계	4,605	5,150	5,553	6,046	6,717	8,563	11,969

자료: Markets and Markets Knowledges, KOTRA 시카고 무역관 정리

 

시장조사 전문기관 IBIS World에 따르면, 2020년 리튬배터리 미국 제조시장 규모는 약 40억 달러이다. 일본의 파나소닉(Panasonic)이 45.8%, 한국의 LG화학이 11.1%로 리튬배터리 제조부문 1, 2위를 차지하고 있다. 그 뒤를 EnerSys(미국) 3.7%, A123 Systems(중국) 3.3%, Samsung SDI(한국) 2.7%가 잇고 있다.

 

전기차 모델별 배터리 제조사

(단위: 마일, kWh)

브랜드	모델명	주행거리(마일)	배터리 용량(kWh)	배터리 제조사
Tesla	Model S	348~402	75~100	파나소닉
Tesla	Model X	340	75~100	파나소닉
Tesla	Model 3	353	50~74	파나소닉
Chevrolet	Bolt EV	259	66	LG화학
Ford	Focus Electric	76	33.5	LG화학
GM	Spark EV	82	19	LG화학
Nissan	Leaf	150~226	40~62	AESC

자료: 각사 홈페이지,  KOTRA 시카고 무역관 정리

 

미국은 주요 리튬배터리 수입국이기도 하다. 2020년 미국은 약 47.3억 달러 규모의 리튬배터리(HS Code 850760 기준)를 수입하였다. 주요 수입국으로는 중국(43.4%), 한국(19.49%), 일본(13.23%)이 있으며 한, 중, 일 세 국가가 차지하는 수입 비중은 전체 수입액의 76% 이상을 차지한다. 이 밖에도 독일, 헝가리, 말레이시아, 폴란드가 전년 대비 세 자리 수 수입 증가율을 기록하였다.

 

미국 리튬배터리(HS Code 850760 기준) 주요 수입국

(단위: US$ 천, %)

순위	국가	수입액			점유율			증감률 ('20/'19)
		2018년	2019년	2020년	2018년	2019년	2020년
-	총액	3,165,785	3,630,373	4,736,503	100.00	100.00	100.00	30.47
1	중국	1,472,677	1,834,567	2,055,712	46.52	50.53	43.40	12.05
2	한국	767,727	731,965	923,333	24.25	20.16	19.49	26.14
3	일본	516,783	451,910	626,542	16.32	12.45	13.23	38.64
4	독일	47,658	102,576	267,247	1.51	2.83	5.64	160.54
5	헝가리	215	45,598	206,229	0.01	1.26	4.35	352.28
6	대만	72,985	98,192	128,801	2.31	2.70	2.72	31.17
7	말레이시아	37,109	31,463	94,003	1.17	0.87	1.98	198.77
8	폴란드	11,371	34,202	88,141	0.36	0.94	1.86	157.71
9	베트남	56,584	90,754	74,846	1.79	2.50	1.58	-17.53
10	영국	38,688	39,038	50,190	1.22	1.08	1.06	28.57

자료: GTA, KOTRA 시카고 무역관 정리

 

2020년 미국은 16.5억 달러 규모의 리튬배터리(HS Code 850760 기준)를 수출하였다. 미국 리튬배터리 주요 수출국은 스페인(16.17%), 네덜란드(15.73%), 캐나다(15.11%) , 중국(11.68%), 영국(10.95) 순이다. 통계에 따르면, 최근 대스페인과 대중국 수출비중이 급격하게 증가한 것으로 나타났다.

 

미국 리튬배터리(HS Code 850760 기준) 주요 수출국

(단위: US$ 천, %)

순위	국가	수출액			점유율			증감률 ('20/'19)
		2018년	2019년	2020년	2018년	2019년	2020년
-	총액	1,395,701	1,499,312	1,650,006	100.00	100.00	100.00	10.05
1	스페인	18,418	56,515	266,833	1.32	3.77	16.17	372.15
2	네덜란드	362,763	283,688	259,492	25.99	18.92	15.73	-8.53
3	캐나다	181,437	171,002	249,378	13.00	11.41	15.11	45.83
4	중국	52,389	52,405	192,716	3.75	3.50	11.68	267.74
5	영국	61,889	171,720	180,694	4.43	11.45	10.95	5.23
6	멕시코	257,134	244,656	132,041	18.42	16.32	8.00	-46.03
7	호주	97,011	136,110	69,984	6.95	9.08	4.24	-48.58
8	일본	94,075	114,539	40,428	6.74	7.64	2.45	-64.70
9	독일	31,162	28,163	35,975	2.23	1.88	2.18	27.74
10	싱가폴	7,581	9,594	23,447	0.54	0.64	1.42	144.39

자료: GTA, KOTRA 시카고 무역관 정리

 

리튬배터리 기업 및 제품개발 동향

 

미국 리튬배터리 시장점유율 1위 파나소닉은 테슬라(Tesla)와 2014년 합작투자하여 마국 시장에 진출하였다. 파나소닉은 2014년부터 2020년 1분기까지 테슬라와 독점계약을 통하여 리튬배터리를 공급하여 왔다. 2020년 9월 테슬라가 발표한 자체 개발한 신형 배터리 4680의 생산도 파나소닉이 맡게 되었다. 파나소닉과 테슬라의 독점계약은 종료되었으나 향후에도 그 관계는 이어질 것으로 전망된다.

 

테슬라가 발표한 신형 배터리 4680 자체 개발은 전기차 원가의 40%에 달하는 배터리 단가를 절감하기 위한 핵심 프로젝트이다. 테슬라는 2019년, 배터리셀 기술을 보유한 맥스웰 테크놀로지(Maxwell Technologies)를 인수하였으며, 2020년에는 캘리포니아 프리몬트 테슬라 공장 인근에 배터리셀 시험 생산라인을 구축하였다. 테슬라의 신형 배터리는 에너지 효율이 5배 늘면서 주행거리가 16% 증가하고 생산비용 56% 절감이 가능하다고 알려졌다. 테슬라는 배터리 가격을 최대한 낮추어 내연기관차와 비슷한 가격대의 차량을 만들 계획이다.

 

테슬라 네바다 기가팩토리

자료: 테슬라 공식 홈페이지

미국 리튬배터리 제조부문 2위인 LG화학은 미국 자동차 제조사 GM과 리튬배터리 제조를 위한 합작법인 얼티엄 셀즈(Ultium Cells)를 설립하였다. GM은 기존 자사 오하이오 자동차 제조공장을 배터리 제조공장으로 전환하는데 약 23억 달러를 투자할 계획이다. LG화학-GM의 합작법인은 해당 시설이 완공된다면 북미 파나소닉에 상응하는 배터리 생산능력을 갖게 될 것으로 예상된다. 새로 지어질 제조공장은 기존 미시간에 위치한 LG화학 리튬배터리 생산 공장보다 6배 큰 규모이며 1,100명의 신규 인력채용도 진행 예정이다.

 

GM에 따르면, 얼티엄 셀즈의 리튬배터리는 한 번 충전으로 최대 720km까지 주행이 가능하며 무게는 25%가량 가벼워진다. 얼티엄 셀즈에서 생산할 배터리는 기존의 니켈, 코발트, 망간 조합으로 만들어진 배터리에 알루미늄을 추가한 제품이다. 최근 들어, 배터리 제조사는 전기차 주행거리 향상을 위한 에너지 밀도를 높일 수 있는 하이니켈 사용에 초점을 두는데 이때 알루미늄이 배터리의 출력을 높여주고 화학적 불안정성을 낮춰준다고 한다. 얼티엄 셀즈가 생산할 배터리는 앞서 언급한 바와 같이 기존 베터리 셀보다 셀 간 공간은 줄이면서도 60% 더 많은 에너지 용량을 생산할 수있어 SUV를 비롯하여 대형 전기트럭 제작이 가능할 것이라 한다.

 

LG화학-GM 합작사 얼티엄 셀즈 공장조감도

자료: GM 공식 홈페이지

 

SK 이노베이션은 테네시에 9.8기가와트시(GWh) 규모, 조지아에 10기가와트시 규모의 배터리 제조공장 설립 계획을 발표하였다. 스웨덴 자동차 제조사 볼보(Volvo)도 사우스 캐롤라이나에 위치한 자사 자동차 생산공장에 배터리팩 조립공장 건설 계획을 발표하였다. 미국 국제무역위원회(USITC)는 잠재적으로 미국 내 셀 제조규모가 향후 160%가량 증가할 것으로 예상하면서 전기차용 리튬배터리 제조업체의 미국 내 제조시설 확장이 이어질 것이라 알렸다.

 

한편, 미국에서는 열에 취약한 리튬배터리의 약점을 보완할 차세대 배터리로 불리는 전고체배터리 개발이 한창이다. 전고체배터리는 폭발 위험성이 낮으면서도 고용량, 고효율적이라 흔히 ‘꿈의 배터리’로 불린다. 지난 몇 년간 다수의 회사에서 전고체배터리 개발을 위하여 노력해왔으나 아직까지 상용화되지는 못하였다. 전고체배터리는 리튬배터리에 들어가는 유기용매를 사용하지 않아 이론적으로 폭발 위험성이 낮다.

 

2020년 12월 미국 배터리 스타트업 퀀텀스케이프(QuantumScape)가 전고체배터리 프로토타입 테스트 결과를 발표하면서 전고체배터리 상용화 기대를 높이고 있다. 퀀텀스케이프 발표에 따르면, 현재 개발 중인 전고체배터리는 수명이나 안정성을 훼손하지 않고 15분 만에 배터리 용량 80%를 충전이 가능하다고 한다. 퀀텀스케이프는 2024년부터 배터리 양산에 돌입하여 자동차 제조사 폭스바겐(Volkswagen) 그룹에 배터리를 공급할 예정이다. 폭스바겐 그룹은 2018년 1억 달러, 2019년 9월에 추가로 2억 달러를 퀀텀스케이프에 투자하면서 양사는 전략적 제휴를 맺고 있다. 이 밖에도 콜로라도에 위치한 솔리드 파워(Solid Power)가, 메사추세츠의 아이오닉 머티리얼스(Ionic Materials)가 미국에서 전고체배터리를 개발 중이다.

 

테슬라 출신이 설립한 스타트기업 실라 나노테크놀로지스(Sila Nanotechologies)는 배터리 음극재 소재로 흑연대신 실리콘 기반 나노 분자를 사용하는 배터리를 개발 중이다. 캘리포니아에 본사를 둔 해당 업체는 실리콘 기반 배터리 음극재를 개발하여 상용화를 앞두고 있다. 실라 나노테크놀로지스의 배터리는 기존 리튬배터리 대비 비용은 절감되고 에너지 밀도는 20% 가량 높여 사용시간이 길어진다고 한다. 실라 나노테크놀로지스는 다임러(Daimler AG)와 BMW 등 글로벌 자동차 제조사와 파트너십을 맺고 있다.

 

미 정부도 빠르게 성장하는 리튬배터리 시장수요에 대처하기 위한 R&D 프로그램을 운영하고 있다. 미국 에너지부(Department of Energy)는 새로운 배터리 기술을 상용화하는 것을 목표로 미국 첨단배터리 컨소시엄(US Advanced Battery Consortium)과 파트너십을 맺어 배터리 기술 기초 연구개발에 750만 달러를 투자했으며 배터리 기술개발 연구비를 지원하는 배터리 500 연구 컨소시엄(Battery 500 consortium)을 운영하고 있다.

리튬배터리 원료 생산동향

전기차 배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액 등으로 구성된다. 양극재는 배터리 성능에 영향을 미치며 음극재는 배터리 수명과 충전시간에 영향을 미친다. 이들의 핵심 원료는 리튬, 코발트, 니켈 등이다.

 

미국 지질조사국(USGS, United States Geological Survey)에 따르면, 금속 형태의 리튬은 전 세계적으로 2100만 톤이 매장되어 있는 것으로 추정되며 75만 톤(4%) 가량이 미국에 매장되어 있다. 리튬생산 미국업체는 네바다에 위치한 알버말(Albemarle)이 유일하다. 2021년 1월 알버말은 3000만~5000만 달러 규모의 투자를 통하여 리튬 생산량을 2025년까지 두 배로 확대할 계획을 알렸다.

 

2020년 전세계 리튬 매장량

(단위: %)

자료: USGS, KOTRA 시카고 무역관 정리

 

리튬배터리의 또 다른 핵심 원료인 코발트는 전 세계 약 710만 톤이 매장되어 있으며 이중 약 5만 3000 톤(0.8%) 가량이 미국에 매장된 것으로 추정된다. 미국 지질조사국에 따르면, 2020년 미국은 약  600 톤의 코발트를 채굴한 것으로 집계되었다. 미주리, 미시간 등에서 코발트가 생산되지만 대부분의 코발트 수요는 수입에 의존하고 있다. 2020년 대미 코발트(HS Code 2833291, 코발트 설페이트) 총 수입액은 87만 달러 규모이며 주요 수입국가는 핀란드(74.52%), 브라질(12.32%), 태국(6.2%), 중국(3.87%) 순이다.

 

2020년 전 세계 코발트 매장량

(단위: %)

자료: USGS, KOTRA 시카고 무역관 정리

 

니켈은 전 세계 약 9400만 톤이 매장되어 있으며 이중 약 10만 톤(0.11%)이 미국에 매장 된 것으로 추정된다. 미 지질조사국에 따르면, 2020년 미국은 약 16000 톤의 니켈을 채굴하였으나 대부분이 캐나다를 비롯한 다른 국가 수출에 사용되어 진 것으로 나타났다. 2016년부터 2019년까지 미국의 니켈 주요 수입국가는 캐나다(42%), 노르웨이(10%), 핀란드(9%), 러시아(8%), 기타(31%) 순이다.

 

2020년 전세계 니켈 매장량

(단위: %)

자료: USGS, KOTRA 시카고 무역관 정리

 

시사점

 

미국 전기차 판매비중 추이가 지난 5년간 꾸준히 우상향 중이다. 궁극적으로 이차전지의 전방시장격인 전기차 시장이 성장할수록 이차전지 수요도 동반 증가할 것이다. 자동차 업계는 전기차 생산단가를 낮춰 내연기관 자동차와의 가격 경쟁력을 높이기 위하여 배터리 제조 기술을 보유한 기업과의 협력관계를 더욱 긴밀히 할 것으로 보인다. 전기차 제조사와의 배터리 공급 계약은 일반적인 IT산업처럼 1년~2년이 아니라 최소 5년에서 10년까지 장기계약을 맺기 때문에 자동차 제조사 입장에서는 공급에 있어 안전성이 확보된 업체를 선호하는 현상이 심화될 것으로 예상된다. 리튬배터리 제조사는 KOTRA 시카고 무역관과의 인터뷰를 통해 “전기차 개발 초기부터 자동차 제조사와 배터리 제조사가 같이 테스트를 참가해야 제품 개발 및 상용화에 효과적이다"고 전했으며, "자동차 제조사의 배터리 셀 제조 기술 기업에 대한 투자가 이어질 것"이라고 말했다.

 

국내 배터리제조사는 원재료 대부분을 수입에 의존하기 때문에 원료 확보에도 신경써야 한다. 중국 배터리 제조사 CATL은 코발트를 쓰지 않는 리튬인산철 배터리를 양산한 데 이어 니켈을 사용하지 않는 전기차 배터리 생산 계획을 밝혔다. 미국 테슬라도 구하기 어려운 고가의 코발트 비중을 낮춘 리튬배터리 개발을 통하여 가격 경쟁력을 확보하겠다는 계획이다. 우리기업도 원료 확보 및 배터리 기술개발에 적극적으로 관심을 갖어야 할 것으로 보인다.