세계 각국 완성차 업체들이 하이브리드 또는 순수 전기차 올인 전략이 아닌 전기차시장 확대에 대응하는 멀티 옵션 전략으로의 변화를 꾀하는 등 전기차시장 변수가 복잡하게 얽혀있어 리튬이온전지(LiB) 기업들의 이에 대응하느라 골머리를 앓고 있다고 LG경제연구원이 분석했다 .

전기차시장 성장 패턴이 바뀌고 있다

작년까지 순수 전기차(EV)는 아직 기술적 난관이 많고 충전 인프라도 형성되지 않아 차량에 대한 회의적인 시각이 많았다. 하지만, 올해 초 테슬라(Tesla)가 보여준 EV 성공 사례는 전기차의 새로운 사업 모델 가능성을 보여주었고, 시장 내에서 EV를 포함한 전기차에 대한 기대감도 확대시켰다.

최근 주요 기관의 자동차 시장 전망에 따르면 2020년 EV 및 PHEV 시장은 대수 기준으로 전체 자동차 시장의 4~7% 수준으로 수렴할 것으로 내다봤다. Mild와 Full HEV는 5~12% 사이로 기관별로 시각 차이가 있지만, 내연기관 자동차와 내연기관 자동차의 연장선상인 ISG, Micro HEV가 절대다수인 80% 이상을 점유할 것으로 내다봤다.

또한, 지구 온난화와 이상 기후 변화로 자동차를 포함한 수송기관들의 CO₂ 저감에 대한 적극적인 요구가 증대되고 있다. 규제 수준이 가장 강한 EU는 2012년부터 기존의 자동차 연비 규제를 CO₂ 규제로 대체하여 도입하기 시작했으며, 2015년까지 CO₂ 규제를 130g/km에서 2020년에는 95g/km로 점차 강화할 예정이다.

업체별 규제 적용 차량 대수는 올해는 전체 판매 차량 대수의 75%, 내년은 80%, 2015년에는 100%를 대상으로 적용될 계획이다. EU 규제는 업체마다 차량의 중량에 따라 CO₂ 배출량 규제치가 다르게 적용되며 이를 업체별로 합산하여 벌금을 부과하는 방식이다. 예를 들어 10만 대를 판매하는 완성차 업체의 경우 배출기준 0.5g/km 초과 시 25만 유로, 1.5g/km 초과 시 125만 유로, 2.5g/km 초과 시 325만 유로, 3.5g/km 초과 시에는 925만 유로의 누진식 형태의 벌금이 부과된다.

컨티넨탈(Continental) 파워트레인 사업부 부사장에 따르면 2020년 전체 차량의 평균 배출 목표를 맞추기 위해 완성차 업체들은 EV, PHEV, Full HEV, Mild HEV, Micro HEV 등 다양한 기술들을 동원할 수밖에 없을 것이라고 주장했다. 실제로 시장 상황을 살펴보면 전기차 각 진영 간 경쟁이 뜨거운 상황으로 어느 한 진영의 우세를 쉽게 점칠 수 없는 상황이다.

① HEV: 일본계 완성차 업체 중심으로 성장

AAB(Advanced Automotive Batteries)에 따르면 올해 HEV의 일본 자동차 시장 내 비중은 20%를 넘어섰다고 밝혔다. HEV 도입 후 2012년 처음으로 연간 100만 대를 돌파하였는데 이는 제품과 서비스에 대한 불안감이 해소되며 어느 정도 성장기에 도입했음을 의미한다.

도요타는 중국 HEV 시장 대응 확대 차원에서 올해 5월 HEV 전용 니켈수소전지(NiMH) 생산을 위해 중국 현지기업과 합작회사 ‘Corun PEVE Automotive Battery’를 설립하였다. 도요타는 합작회사를 통해 양산된 니켈수소전지를 2015년 출시 예정인 중국 전용 HEV에 탑재할 것으로 밝혔다.

이는 최근 중국의 대기오염 문제가 대두되면서 중국 정부의 신에너지차 정책이 EV/PHEV 위주에서 HEV를 포함한 고효율 차량 전체로 확대될 것에 주목한 것이다. 혼다도 중국 시장 확대를 위해 올해 안으로 HEV 모델 제이드를 양산 추진 중이며 수입 판매 중인 HEV 모델인 인사이트, CR-Z, 피트의 중국 현지생산을 검토 중인 것으로 알려졌다.

② PHEV: 미국, 유럽 중심으로 라인업 확대

온실가스 규제 대응과 더불어 일본 업체의 HEV 경쟁력에 대응하기 위해 미국 및 유럽 업체들의 PHEV 라인업 확대가 이루어지고 있다. 실제로 2012년 미국 내 PHEV 판매는 약 3만 8천대로 EV 판매 약 1만 2천 대를 3배 이상 앞질렀다. 이는 EV와 HEV 사이의 틈새시장으로 여겨졌던 PHEV의 위상이 확대되고 있음을 보여주는 지표라 할 수 있다.

PHEV 보급에 가장 적극적인 폭스바겐의 마르틴 빈터콘 회장은 PHEV가 미래의 전기차 파워트레인이 될 것이라고 언급했으며, 올해 제네바모터쇼에서 연비 100km/리터 에 달하는 PHEV 신규 모델 XL1도 공개하는 등 PHEV 라인업 확충에 힘을 쏟고 있다. PHEV는 지금까지 높은 가격이 보급 확대의 걸림돌로 작용해 왔었다.

하지만, 최대 양산차급인 준중형, 중형 세그먼트는 물론이고 소형 세그먼트와 대형 플래그십 모델 등으로 적용 차급이 확대되면서 규모의 경제 달성과 가격 안정화 및 판매 증가로 이어지는 PHEV의 선순환 가능성도 배제할 수 없는 상황이다.

③ EV: 테슬라에 이어 BMW 본격 가세

지금까지 EV의 대표 주자로 손꼽혔던 미쓰비시의 아이미브, 닛산의 리프 등이 예상보다 저조한 판매량을 보이며 EV 시장에 대한 회의적인 시각이 많았다. 하지만, 올해 초 테슬라의 실적은 사람들을 놀라게 하며 EV의 새로운 가능성을 보여 주었다.

자동차 산업의 ‘파이오니어’라는 명성을 얻고 있는 BMW도 ‘BMW i’라는 별도의 전기차 브랜드를 런칭하며 ‘프리미엄 전기차’라는 새로운 비전을 전개해 나가고 있다. 실제로 BMW는 유럽 내 온실가스 규제에 맞춰서 1995년부터 2012년까지 평균 CO₂ 배출량을 30% 이상 줄여 2012년에는 평균 배출량을 138g/km로 줄여왔다. 하지만, 2020년 규제 수준 95g/km를 맞추기 위해서는 진화적인 개선보다는 혁신적인 발전이 필요하다고 판단하고 새로운 컨셉의 프리미엄 전기차 출시에 적극적인 모습이다.

유럽 시장을 대상으로 올해 11월 판매가 예정되어 있는 가운데 완성차 업계에서는 프리미엄 메이커의 미래 프리미엄 자동차의 재정의라는 측면에서 BMW의 i 시리즈의 출시가 향후 EV 시장에 의미하는 바가 클 것이라고 평가하고 있다.

④ Micro HEV: 독일계 완성차 업체들이 시장 주도

아우디, 벤츠, 포르쉐, 다임러 등 독일계 완성차 업체들은 기존 내연기관 기술 진화 방향의 연장선 상에서 온실가스 규제 대응 및 전장화 확대에 대응하기 위해 차별화된 차량 플랫폼을 제공하는 등 적극적인 공세 움직임이다. Micro HEV는 저가의 추가 비용으로도 온실 가스 규제 대응이 가능하다는 점에서 대수 기준 성장 가능성이 큰 시장으로 평가받고 있다.

특히, 독일 완성차 업체들은 차세대 자동차 전원을 기존의 12V 시스템이 아닌 48V 시스템을 도입하여 최소한의 비용 구조로 연비 개선 및 사용자들의 안전, 편의 요구 사항을 충족시키려는 계획이다.

보쉬 자동차 부문 CEO는 2020년 온실가스 규제에 대응하기 위해서 중대형 가솔린 차량의 경우 반드시 하이브리드화가 필요하다고 언급했다. 예를 들어 폭스바겐의 대표적인 소형 양산 모델인 폴로 급의 가솔린 차량은 기존 내연기관의 개량으로 가능하지만, 중대형 양산 모델 파사트 급의 가솔린 차량에는 간단한 하이브리드 시스템이 필요할 것으로 내다보았다.

신차 평균 개발 기간 약 5년을 고려해 보면 2018년 이후에는 독일계 기업 중심의 Micro HEV를 포함한 다양한 전기차 라인업이 등장할 것이다. 일본차 중심의 HEV 시장에서 독일계 완성차 업체들의 Micro HEV가 제공하는 새로운 고객 가치는 향후 시장의 평가를 통해 검증될 것이다.

전지 기업, 시장 세분화에 대한 대응에 고심

기존의 자동차용 전지시장은 EV용 고용량 리튬이온전지, HEV용 고출력 니켈수소전지, SLI용 납축전지가 주를 이루었다. 하지만, 온실가스 규제에 대응하는 전기차시장이 세분화되면서 완성차 업체들의 전지 기업에 대한 요구사항도 복잡해지고 있다. 실제로 완성차 업체별로 타깃하는 시장과 전지 스펙이 다르기 때문에 고객 변화에 대응하는 전지 기업들은 골머리를 앓고 있다.

완성차 업체의 니즈 변화를 중심으로 살펴보면 기존 차량의 공간 활용과 중량 개선의 목적으로 새로운 전지를 찾는 완성차 업체들이 늘고 있다. 도요타는 프리우스 HEV에 10년 이상 검증된 니켈수소전지 대신 리튬이온전지 채용을 검토 중인 것으로 알려졌다.

리튬이온전지 채용 시 기존 니켈수소전지보다 35% 무게 절감이 가능하고, 충방전 사이클 수명이 개선되는 장점이 있기 때문이다. 한편, 다임러와 포르쉐 등은 기존 납축전지 대비 60% 무게 절감이 가능하고, 충전 성능이 개선되는 SLI용 리튬이온전지를 채용 검토 중으로 알려졌다. 중형 차량의 경우 무게 10% 절감 시 연비 3% 개선이 가능하다는 장점이 존재하지만, 전지의 차량 채용은 안정성과 비용 문제가 해결된 후에야 가능해 질 전망이다.

신규 시장으로 주목받는 Micro HEV의 경우 아직 시장 표준이 정립되지 않은 이른바 춘추 전국 시대로 완성차, 부품 업체의 다양한 요구 사항이 존재한다. 일본의 대표적인 자동차 부품업체인 덴소는 기존의 납축전지 시스템을 바탕으로 연비 개선을 진행 중으로 엔진 정지 시간을 늘리기 위해 리튬이온전지를 보조로 활용한 시스템을 개발했다.

한편, 마쯔다는 감속 시 회생 제동 에너지를 최대한 많이 저장하기 위해 캐패시터를 활용한 회생에너지저장 시스템 ‘i-ELOOP’를 개발했다. 독일의 대표적인 자동차 부품업체인 컨티넨탈은 엔진을 더 빠르게 정지시켜 무동력 주행이나 탄력주행 모드 시간을 늘릴 수 있도록 리튬이온전지를 채용한 48V 전원시스템을 테스트 중인 것으로 알려졌다.

전기차 시장의 본격적인 성장과 더불어 완성차 업체들의 니즈가 다양화되고 복잡화되는 상황에서 앞으로 필요 수준 이상의 오버 스펙이 아닌 저가의 다양한 스펙이 전지 기업에게 요구될 가능성이 커지고 있다. 이에 전지 기업은 ‘업체 간 제휴 활성화’, ‘표준화 대응 강화’, ‘선택과 집중을 통한 경쟁력 확보’ 등 다양한 대응 방법들을 모색하고 있다.

① 업체 간 제휴 활성화

대부분의 전지 기업들은 복잡성이 커진 시장에서 고객 대응 및 기술 확보 차원에서 업체 간 제휴를 활성화하고 있다. GS Yuasa는 부품-전지, 완성차-전지 기업들과의 새로운 방식의 비즈니스 모델 구축 노력을 계속 진행하고 있다.

기존 대부분의 부품-전지회사의 협력 관계는 깨진 상태이지만 보쉬와의 협력을 통해 전 세계에 분포된 생산지 및 유지보수 채널 등 거점을 활용하여 시장 및 고객 니즈 변화에 민첩하게 대응하려는 계획이다. 한편, 보쉬에게는 GS Yuasa가 셀 기술 노하우를 제공해 주는 상호 윈-윈 모델을 지향하고 있다.

또한, 닛산과 NEC의 합작회사인 AESC (Automotive Energy Supply Corporation)는 차세대 리프 모델에 적용할 개선형 리튬이온전지 출시를 위해 기술 확보 차원에서 소재 단에서의 업무 제휴를 강화하고 있다. 고전압 양극재 개발을 위해 Nippon Denko와 공동 R&D 중이며 소프트카본, 실리콘 등 음극재 개발을 위해 Hitachi와 협업 중인 것으로 알려졌다.

② 표준화 대응 강화

기존 시장 내 전지 기업들을 중심으로 원가경쟁력 강화와 생산효율화 측면에서 표준화 대응이 강화되고 있다. Panasonic은 고객의 복잡한 요구를 관리하고 효과적으로 대응하기 위해 표준화된 셀과 모듈을 개발하여 다양한 제품에 적용시키려는 움직임이다.

이미 표준화된 원통형 셀 리튬이온전지는 가격 경쟁력도 높아 테슬라 EV에 채용 중에 있고, HEV용으로 검증된 니켈수소전지 모듈은 Micro HEV에 채용 진행 중인 것으로 알려졌다. 한편, Panasonic은 표준화 대응 전략에 탄력을 받도록 원가경쟁력 확보 차원에서 생산기지의 중국 공장 이전을 작년부터 본격화했다.

Toshiba는 표준화된 고용량(20Ah) 셀과 고출력(3Ah) 셀 개발을 통해서 전기차 시장에 대응하고 있다. 고용량 제품은 미쓰비시와 혼다의 EV 모델에 채용 중이며, 고출력 제품은 스즈끼 ISG 모델에 채용 중인 것으로 알려졌다. 앞으로 Toshiba는 표준화 제품의 원가경쟁력 확보와 신뢰성 및 성능 강화에 역점을 둘 계획이다.

③ 선택과 집중을 통한 경쟁력 확보

일부 신규 진입 기업과 전문 기업들은 경쟁력 확보 차원에서 세분화된 시장에 전부 대응하기보다 유망 시장을 선택하고 집중하는 방식을 택하고 있다. 기존 자동차용 납축전지 시장의 1인자인 Johnson Controls는 기존의 모듈, 팩 및 시스템 역량을 바탕으로 리튬이온전지 도입에 적극적인 움직임이다. 2020년까지 48V Micro HEV용 리튬이온전지 개발에 집중하여 기존의 납축전지와 듀얼로 사용 가능한 솔루션(Dual battery solution)을 제공할 계획으로 알려졌다. 향후 2020년 이후 시스템 신뢰성이 확보되면 통합된 형태의 48V 리튬이온전지 싱글 솔루션을 제공할 전망이다.

A123는 인산철리튬(LiFePO4)에 기반을 둔 전지 기업으로 작년 경영난으로 인해 파산 신청 이후 2013년 중국 Wanxiang 그룹에 인수되었다. 제한된 소재 솔루션으로 A123는 세분화된 전기차 시장에 전부 대응하기보다는 SLI용 리튬이온전지 대체 시장과 48V 리튬이온전지 시장에 집중해서 사업을 펴나갈 계획이다. 하지만, A123가 특정 시장에 집중해서 사업을 진행하려면 탄탄한 고객 기반 확보라는 숙제는 반드시 풀어야 할 것이다.

복잡성이 커진 시장, 전지 기업 더 민첩하고 유연해져야

현재 자동차전지 시장은 리튬이온전지 기준으로 보면 모바일용 전지 시장 대비 약 1/5에 불과한 규모이다. 하지만, 기관들 전망에 의하면 자동차전지 시장은 2020년까지 급속한 성장이 예상되며 규모 또한 모바일용 전지 시장을 넘어서는 수준이 될 것으로 보인다.

이제껏 리튬이온전지의 주된 수요 시장이 모바일 기기였다면, 앞으로 자동차가 시장의 또 다른 성장 축을 담당하게 될 것이다. 달라지는 시장 형태처럼 자동차전지 시장의 게임 룰도 모바일용 전지 시장과는 다르게 형성될 가능성이 크다. 자동차 전지는 10억 셀 중 한두 개의 불량을 허용하는 품질 리스크를 감내해야 하며, 자동차 부품 특유의 기본 10년 이상의 내구성과 안전성을 담보로 해야 하기 때문에 전지 기업의 어려운 싸움이 예상된다.

또한, 수요 시장인 자동차 시장에서 온실가스 규제 이외에 다양한 기능과 용량 구현이 필요한 전장화 이슈도 부각될 전망이어서 요구되는 전지 스펙이 더 다양해지고 복잡해질 전망이다. 앞으로 전지 기업이 자동차 시장의 변화를 잘 읽고 어떻게 대응하느냐에 따라 기업의 성패가 좌우될 전망이다.

복잡하고, 다양한 고객 요구에 효과적으로 대응하기 위한 개발 및 생산 역량 보유 등 자원 운영의 유연성 여부에 따라서 전지 업계 재편의 가능성도 존재한다. 복잡성이 더 커진 전기차 시장에서 전지 기업들이 살아남으려면 대규모 설비 투자와 안정적인 생산 라인 운영이라는 과거 패러다임에서 벗어나야 한다.

앞으로 전지 기업은 고객과의 파트너십 구축은 물론이거니와 차별화된 셀/모듈 기술 확보 및 원가경쟁력을 갖추기 위한 표준화 제품 개발 등 시장 변화에 더욱 민첩하고 유연하게 대응해야 할 것이다.

[LG경제연구원 하일곤 선임연구원]