배터리에 '마법의 가루'를…주가 70% 급등한 천보의 비결

현대 모터스튜디오 고양에 설치된 '하이차저'(Hi-Charger). /사진제공=현대차

치열한 전기차 시장에서 완성차 업체들이 가장 신경쓰는 부분이 배터리 성능 개선이다. 배터리는 전기차 가격의 1/3을 차지할 만큼 비싸고 중요한 부품이다.

배터리 성능이 곧 전기차 성능인 셈이다. 배터리 성능을 높이는 연구가 이어진다. 최근 시장의 관심은 첨가제를 이용한 성능 개선이다. 배터리 각 소재에 특정 소재를 첨가해 성능을 한 층 높이는 방식이다.


천보는 배터리 소재 중 전해액 첨가제 분야에서 세계적 경쟁력을 갖췄다는 평가를 받고 있다. 전기차 시장의 급격한 성장과 치열한 배터리 성능 경쟁, 천보의 기술력 등을 감안할때 매년 실적 고성장이 가능하다는 분석이다.
국내 대표 2차전지 소재 기업2007년 설립된 천보는 △전자 소재(디스플레이·반도체) △2차전지 소재 △의약품 소재 △정밀화학 소재 등을 생산한다. 기존에는 전자 소재가 주력사업이었다. 매출 비중이 60~70%에 달했다.

독일 기업이 독점하던 LCD(액정표시장치) 패널 식각 첨가제(아미테트라졸)를 2008년 처음 국산화한 이후 빠르게 점유율을 확대했다. 현재는 세계 시장 점유율 95%를 차지하는 1위 기업이다.

반도체 미세공정에 사용되는 화학 소재 역시 국내 시장 점유율 90% 이상을 차지한다. 차세대 디스플레이로 떠오르는 OLED(유기 발광 다이오드) 부품도 생산한다.


시장이 천보에 가장 주목하는 사업은 2차전지 소재다. 천보는 2013년 배터리 첨가제 연구 개발을 시작해 2017년 전해액 첨가제인 LiFSI(F전해질)를 세계 최초로 양산하는데 성공했다.

이후 LiPO2F2(P전해질), LiBOB(B전해질), LiDFOP(D전해질) 생산 시설을 갖추며 2차전지 전해액 첨가제 생산 기업으로 변신하는 중이다.

전기차 시장 성장과 함께 전해액 첨가제 수요도 늘면서 매출 비중은 빠르게 높아졌다. 전자 소재와 2차전지 소재의 매출 비중은 지난해 각각 42.5%, 38.8%로 좁혀졌다. 올해 이 비중은 역전됐다. 상반기 기준 2차전지 매출이 42.9%, 전자 소재가 40%를 각각 차지했다.
배터리 성능 높이는 '마법의 가루' 주목하이투자증권은 최근 '3가지 마법의 가루'라는 제목의 보고서를 통해 2차전지 첨가제 시장에 주목해야 한다고 강조했다. 배터리 성능을 개선하기 위한 경쟁이 치열해지면서 '마법의 가루'처럼 배터리 성능을 향상시킬 수 있는 첨가제가 각광을 얻고 있기 때문이다.

완성차 업체들의 고민은 어떻게 하면 저렴하면서도 더 오래가는 배터리를 만들 수 있을까 하는 것이다. 현재 전기차 배터리에 사용되는 리튬 이온 배터리는 충전 시간이 오래 걸리고 충전과 방전을 반복할 때마다 용량이 줄어든다는 단점이 있다. 저온 환경에서 빠른 방전과 화재 위험도 풀어야 할 숙제다.

첨가제는 이 같은 문제들을 해결하기 위한 방안으로 연구되고 있다. 2차전지 기본 구성요소인 양극재, 음극재, 전해액에 특정 소재를 첨가해 성능을 개선시키는 방식이다.

리튬 이온 배터리에서 양극재는 리튬 이온을 만들고 음극재는 리튬 이온을 저장하는 역할을 한다. 분리막은 양극재와 음극재가 직접 접촉하는 것을 차단한다. 전해액은 리튬 이온을 전달하는 매개체다. 음극재에 저장된 리튬 이온이 전해액을 매개로 양극재로 이동하는 과정에서 전기에너지가 생성된다.

천보가 생산하는 F·P·B·D전해질은 2차전지 소재 중 전해액의 성능을 향상시키는 첨가제다. 전해액 첨가제의 주요 기능은 △배터리 수명 향상 △충·방전 효율 개선 △저온 방전 억제 등이다.

현재 전해질로 가장 많이 이용되는 것이 LiPF6(육불화인산리튬)이다. 그런데 이 소재는 배터리 수명이나 안정성에 다소 한계가 있다는 지적이 많아 F전해질이 대안으로 떠오른다.

일본의 화학회사 일본촉매(Nippon Shokubai)의 연구에 따르면 총 300회의 충·방전 실험에서 LiPF6 전해질 배터리의 용량은 설계용량 대비 60%로 떨어졌다. 반면 LiPF6에 F전해질을 첨가할 경우 용량은 80% 이상으로 유지됐다. 충전과 방전을 반복해도 배터리 용량 감소가 덜한 것이다.

영하 20도 이하 저온 환경에서의 실험에서도 F전해질을 첨가한 배터리의 방전 억제율이 우수한 것으로 나타났다. 이온전도 속도 역시 LiPF6보다 빨라 충전 속도 개선에도 기여했다.

다른 첨가제도 전해액 성능 개선에 도움을 준다는 연구가 잇따른다. 국제학술지 RSC 어드밴시스(RSC Advances)에 올해 개제된 논문에 따르면 LiPF6에 P전해질을 혼합했을때 전해질 점도를 낮춰 이온 전도도를 향상시키는 것으로 확인됐다.

D전해질은 △배터리 수명 향상 △출력 개선 △충전시간 단축 △고온에서의 안전성 개선 등에 효과가 있었다. B전해질은 배터리 안정성과 출력 등에 도움이 되는 것으로 나타났다.

최근에는 배터리 성능을 높이기 위한 하이니켈 배터리 이용이 늘고 있어 배터리 안정성을 높일 수 있는 첨가제의 중요성은 더 커지고 있다.

배터리 용량을 결정하는 양극재의 주요 성분은 니켈·코발트·망간(NCM)이다. 각 성분 비율에 따라 NCM811, NCM622, NCM523 등으로 나타낸다. NCM811은 니켈·코발트·망간을 8대1대1 비율로 섞었다는 의미다.

이처럼 니켈 비중이 높은 양극재를 탑재한 게 하이니켈 배터리다. 니켈 비중이 높을 수록 에너지 밀도가 높아 한 번 충전에 더 먼 거리를 이동할 수 있다. 하지만 발열 문제로 화재에 취약하다는 단점이 있다.

하이니켈 배터리의 안정성을 높이는 방법 중 하나로 F전해질이 이용된다. F전해질을 섞어 쓰게 되면 배터리 수명을 연장할 뿐 아니라 안정성도 높아져 화재 위험이 줄어든다.

엘론 머스크 테슬라 CEO / 사진제공=로이터

첨가제 산업에서 중요 변수는 테슬라의 배터리 데이다. 다음달 22일 예정인 배터리 데이에서 테슬라는 자체 배터리 생산 계획과 전고체 배터리 개발 등을 발표할 수 있다는 관측이 나온다.

차세대 배터리인 전고체 배터리는 고체 물질을 전해질로 사용해 안정성을 높인 것이다. 테슬라가 전고체 기술을 도입하게 되면 전해액 첨가제 시장은 크게 위협받는다.

하지만 전고체 배터리가 개발되더라도 상용화까지 시간이 걸린다는 점에서 현재 첨가제 시장에 미칠 영향은 제한적이라는 분석이다.

정원석 하이투자증권 연구원은 "전고체 배터리가 실제 전기차에 적용되는 시기는 빨라야 2027~2030년일 것"이라며 "향후 10년간 큰 폭으로 성장할 것으로 전망되는 리튬 배터리 첨가제 시장에 주목하는 것이 우선이다"라고 분석했다.

생산설비 확대…"매출 연 60% 고성장 전망"전해질 사업에서 천보의 강점은 대량 생산과 가격 경쟁력이다. 주력 제품인 F전해질은 천보가 세계 최초로 양산에 성공한 제품이다. 현재 일본촉매, 중국 켐스펙(Chemspec) 등과 함께 과점을 형성하고 있다. 이 중에서도 천보는 생산력과 가격 경쟁력을 앞세워 높은 시장 점유율을 기록하고 있다는 것이 회사의 설명이다.

P전해질은 국내·외 여러 업체가 생산하고 있는데 천보는 생산설비 단순화로 원가 경쟁력이 타사 대비 높은 것으로 분석된다. D전해질은 일본의 한 업체가 특허를 보유하고 독점 생산하는 제품이지만 천보의 생산 효율성이 입증되면서 일본 업체가 천보에 생산을 맡겼다.

천보는 지난해 2월 코스닥 시장에 상장한 이후 대규모 투자를 통해 생산 설비를 늘려가고 있다. 지난해 3분기 P전해질 신공장을 준공했고 올해 6월에는 F전해질 2공장 준공과 P전해질 추가 증설, D전해질 신규증설을 완료했다.

설비 증설은 계속된다. 천보는 내년 4월까지 310억원을 투자해 P전해질 생산량을 현재 연 500톤에서 내년 1500톤, B전해질은 현재 100톤에서 내년 600톤으로 늘린다는 계획이다. 전해질 총 생산 능력은 현재 1560톤에서 내년 상반기 3540톤으로 증가할 전망이다.

내년 5월부터 2023년말까지는 1200억원 규모의 투자로 생산 능력을 6000톤 추가할 예정이다. 총 생산 능력은 9500톤 수준으로 증가한다.

생산력을 바탕으로 매년 고성장이 가능하다는 분석이다. 올해 상반기는 코로나19(COVID-19)로 인한 수출 부진으로 실적 감소가 불가피했다. 상반기 매출액은 722억원으로 전년 동기대비 7.7% 늘었지만 영업이익은 135억원으로 4.3% 감소했다.

하반기부터는 주요 고객사의 수요 회복으로 실적도 정상화할 것으로 예상된다. 에프앤가이드에 따르면 천보의 올해 예상 매출액은 전년 대비 24.7% 증가한 1687억원, 영업이익은 21.7% 늘어난 332억원이다.

박연주 미래에셋대우 연구원은 "매출액은 2023년까지 연평균 60%씩 성장하고, 영업이익률은 20% 수준을 유지할 것"이라며 "성장하는 전기차 배터리 시장의 핵심 수혜주 중 하나"라고 평가했다.

최근 주가 상승세는 무섭다. 지난달 29일 9만2500원이던 주가는 그 다음날부터 급등하기 시작하더니 지난 28일에는 16만3800원으로 한 달 만에 77%나 뛰었다. 올해 주가 상승률은 166%를 기록했다.

주가 상승 속도가 증권사들의 목표주가 상향 속도보다 빠를 정도다. 최근 증권사들은 천보의 목표가를 연이어 14만~16만원 수준으로 올렸으나 일주일만에 이를 넘어섰다.

신한금융투자는 지난달 천보 목표주가를 14만원으로 상향한 지 한 달만에 20만원으로 다시 높였다. 오강호 신한금투 연구원은 "2차전지 중소형 업체의 밸류에이션(기초체력 대비 주가 수준) 상승 구간"이라며 "2분기 실적 저점 이후 반등이 확실하다"고 전망했다.