"노화" 문제는 사실 어디에나 존재합니다. 이제 배터리 부문의 차례입니다.
"대량의 신에너지 자동차 배터리가 향후 8년 안에 보증 기간이 만료될 예정이며, 배터리 수명 문제 해결이 시급합니다." 최근 NIO의 회장 겸 CEO인 리빈은 이 문제를 제대로 해결하지 못하면 향후 후속 문제 해결에 막대한 비용이 소요될 것이라고 여러 차례 경고했습니다.
동력 배터리 시장에 있어 올해는 특별한 해입니다. 2016년, 우리나라는 신에너지 자동차 배터리에 대해 8년 또는 12만km 보증 정책을 시행했습니다. 현재, 정책 시행 첫 해에 구매한 신에너지 자동차 배터리는 보증 기간이 만료되거나 만료될 예정입니다. 데이터에 따르면 향후 8년 동안 총 1,900만 대 이상의 신에너지 자동차가 점진적으로 배터리 교체 주기에 진입할 것으로 예상됩니다.
배터리 사업을 하고 싶어하는 자동차 회사라면 놓쳐서는 안 될 시장입니다.
1995년, 우리나라 최초의 신에너지 자동차인 "위안왕(Yuanwang)"이라는 이름의 순수 전기 버스가 생산 라인에서 출고되었습니다. 그 이후 20년 동안 우리나라의 신에너지 자동차 산업은 완만한 발전을 거듭해 왔습니다.
소음이 너무 작고 주로 운행하는 차량이기 때문에 사용자들은 신에너지 자동차의 "심장"인 배터리에 대한 통일된 국가 보증 기준을 아직 누리지 못하고 있습니다. 일부 성, 시 또는 자동차 회사에서도 동력 배터리 보증 기준을 마련했는데, 대부분 5년 또는 10만km 보증을 제공하지만 구속력이 약합니다.
우리나라의 신에너지 자동차 연간 판매량이 30만 대를 돌파한 것은 2015년이 되어서야 가능했습니다. 무시할 수 없는 새로운 강자로 떠올랐죠. 또한, 국가는 신에너지 보조금, 구매세 감면 등 '실질적인' 정책을 통해 신에너지 개발을 촉진하고 있으며, 자동차 기업과 사회 또한 긴밀히 협력하고 있습니다.
2016년, 전국 통일 전력 배터리 보증 표준 정책이 시행되었습니다. 8년 또는 12만km의 보증 기간은 엔진의 3년 또는 6만km보다 훨씬 깁니다. 이 정책에 부응하고 신에너지 자동차 판매 확대를 고려하여 일부 자동차 회사는 보증 기간을 24만km 또는 평생 보증으로 연장했습니다. 이는 신에너지 자동차 구매를 원하는 소비자에게 "안심"을 제공하는 것과 같습니다.
그 이후, 우리나라 신에너지 시장은 배속 성장 단계에 접어들었고, 2018년에는 처음으로 판매량이 100만 대를 돌파했습니다. 작년까지 8년 보증이 적용된 신에너지차 누적 대수는 1,950만 대에 달해 7년 전에 비해 60배 증가했습니다.
이에 따라 2025년부터 2032년까지 배터리 보증 기간이 만료된 신에너지 자동차의 수도 32만 대에서 733만 대로 매년 증가할 것입니다. 리빈은 내년부터 사용자들이 배터리 보증 기간 만료, "차량 배터리 수명 차이", 높은 배터리 교체 비용 등의 문제에 직면하게 될 것이라고 지적했습니다.
이러한 현상은 신에너지 자동차 초기 생산 과정에서 더욱 두드러질 것입니다. 당시에는 배터리 기술, 제조 공정, 그리고 애프터서비스가 충분히 성숙되지 않아 제품 안정성이 부족했습니다. 2017년경에는 전력 배터리 화재 소식이 잇따라 보도되었습니다. 배터리 안전성 문제는 업계의 주요 화두가 되었고, 신에너지 자동차 구매에 대한 소비자들의 신뢰도에도 영향을 미쳤습니다.
현재 업계에서는 배터리의 수명은 일반적으로 3~5년 정도이며, 자동차의 수명은 보통 5년을 넘는 것으로 알려져 있습니다. 배터리는 신에너지 자동차에서 가장 비싼 부품으로, 일반적으로 전체 차량 비용의 약 30%를 차지합니다.
NIO는 일부 신에너지 자동차의 애프터서비스 교체용 배터리 팩에 대한 비용 정보를 제공합니다. 예를 들어, 코드명 "A"인 순수 전기차 모델의 배터리 용량은 96.1kWh이며, 배터리 교체 비용은 최대 23만 3천 위안에 달합니다. 배터리 용량이 약 40kWh인 두 개의 장거리 주행 모델의 배터리 교체 비용은 8만 위안이 넘습니다. 배터리 용량이 30kWh 이하인 하이브리드 모델의 경우에도 배터리 교체 비용은 6만 위안에 육박합니다.
리빈 씨는 "우호적인 제조사의 일부 모델이 100만 킬로미터를 주행했는데도 배터리 세 개가 손상됐습니다."라고 말했습니다. 배터리 세 개 교체 비용이 차량 가격을 초과했습니다.
배터리 교체 비용을 6만 위안으로 환산하면, 8년 후 배터리 보증 기간이 만료되는 1,950만 대의 신에너지차는 수조 달러 규모의 새로운 시장을 창출하게 됩니다. 상류 리튬 광산 기업부터 중류 전력 배터리 기업, 중류 및 하류 자동차 기업, 그리고 애프터서비스 업체까지 모두가 이러한 혜택을 누릴 것입니다.
회사가 더 큰 이익을 얻으려면 소비자의 "마음"을 더 잘 사로잡을 수 있는 새로운 배터리를 누가 개발할 수 있는지 알아보기 위해 경쟁해야 합니다.
향후 8년 동안 약 2천만 대의 차량 배터리가 교체 주기에 접어들 것입니다. 배터리 회사와 자동차 회사 모두 이 "사업"을 장악하고 싶어 합니다.
신에너지 개발에 대한 다각화된 접근 방식과 마찬가지로, 많은 기업들은 배터리 기술 또한 리튬인산철, 삼원계 리튬, 리튬인산철망간, 반고체, 전고체 등 다선형 구조를 채택하고 있다고 밝혔습니다. 현재 리튬인산철과 삼원계 리튬 배터리가 주류를 이루고 있으며, 전체 생산량의 약 99%를 차지합니다.
현재, 국가 산업 표준 배터리 감쇠율은 보증 기간 동안 20%를 초과할 수 없으며, 1,000회의 완전 충전 및 방전 사이클을 거친 후에도 용량 감쇠율이 80%를 초과해서는 안 됩니다.
그러나 실제 사용에서는 저온 및 고온 충방전의 영향으로 인해 이 요건을 충족하기 어렵습니다. 데이터에 따르면 현재 대부분의 배터리는 보증 기간 동안 70%의 수명만 유지됩니다. 배터리 수명이 70% 미만으로 떨어지면 성능이 크게 저하되고 사용자 경험에 큰 영향을 미치며 안전 문제가 발생합니다.
웨이라이에 따르면, 배터리 수명 감소는 주로 자동차 소유자의 사용 습관과 "차량 보관" 방식과 관련이 있으며, 그중 "차량 보관"이 85%를 차지합니다. 일부 전문가들은 오늘날 많은 신에너지 사용자들이 고속 충전을 통해 에너지를 보충하는 데 익숙하지만, 고속 충전을 자주 사용하면 배터리 노화가 가속화되고 수명이 단축된다고 지적했습니다.
리빈은 2024년이 매우 중요한 시점이라고 생각합니다. "사용자, 업계 전체, 그리고 사회 전체를 위해 더 나은 배터리 수명 계획을 수립해야 합니다."
현재 배터리 기술 발전 상황을 고려하면, 장수명 배터리의 레이아웃이 시장에 더 적합합니다. 소위 장수명 배터리, 즉 "비감쇠 배터리"는 기존 액체 배터리(주로 삼원계 리튬 배터리와 탄산리튬 배터리)를 기반으로 하며, 배터리 성능 저하를 지연시키기 위해 양극재와 음극재의 나노 공정을 개선한 배터리입니다. 즉, 양극재에는 "리튬 보충제"를 첨가하고, 음극재에는 실리콘을 도핑합니다.
업계 용어는 "실리콘 도핑 및 리튬 보충"입니다. 일부 분석가들은 신에너지 충전 과정, 특히 고속 충전을 자주 사용할 경우 "리튬 흡수" 현상이 발생하여 리튬이 손실된다고 지적합니다. 리튬 보충은 배터리 수명을 연장하는 반면, 실리콘 도핑은 배터리 고속 충전 시간을 단축할 수 있습니다.
실제로 관련 기업들은 배터리 수명 향상을 위해 노력하고 있습니다. 3월 14일, NIO는 장수명 배터리 전략을 발표했습니다. 이 자리에서 NIO는 자사가 개발한 150kWh 초고에너지 밀도 배터리 시스템이 부피는 그대로 유지하면서 에너지 밀도는 50% 이상 향상되었다고 발표했습니다. 작년 Weilai ET7에는 실제 테스트를 위해 150도 배터리를 장착했으며, CLTC 배터리 수명은 1,000km를 넘어섰습니다.
NIO는 또한 100kWh 소프트팩 CTP 셀 열확산 배터리 시스템과 75kWh 삼원계 철-리튬 하이브리드 배터리 시스템을 개발했습니다. 개발된 대형 원통형 배터리 셀은 최대 내부 저항이 1.6mΩ으로 5C 충전 용량을 갖추고 있으며, 5분 충전으로 최대 255km를 주행할 수 있습니다.
NIO는 배터리 교체 주기가 길기 때문에 12년 후에도 배터리 수명이 80%를 유지할 수 있다고 밝혔는데, 이는 업계 평균인 8년 후 70%의 성능보다 높은 수치입니다. 현재 NIO는 CATL과 협력하여 장수명 배터리를 공동 개발하고 있으며, 15년 후 배터리 수명이 다할 때까지 85% 이상의 성능을 유지하는 것을 목표로 하고 있습니다.
이에 앞서 CATL은 2020년에 1,500회 충전 후에도 감쇠량이 0에 도달하는 "제로 감쇠 배터리"를 개발했다고 발표했습니다. 관계자에 따르면, 이 배터리는 CATL의 에너지 저장 프로젝트에 사용되었지만, 신에너지 승용차 분야에서는 아직 관련 소식이 없습니다.
이 기간 동안 CATL과 지지자동차는 "실리콘 도핑 리튬 보충" 기술을 사용하여 동력 배터리를 공동으로 개발했으며, 20만km에 걸쳐 감쇠가 없고 "자연 발화하지 않음"을 달성할 수 있으며 배터리 코어의 최대 에너지 밀도는 300Wh/kg에 도달할 수 있다고 밝혔습니다.
장수명 배터리의 대중화와 홍보는 자동차 회사, 신에너지 사용자, 그리고 전체 산업에 중요한 의미를 갖습니다.
우선, 자동차 회사와 배터리 제조업체에게는 배터리 표준을 정하기 위한 경쟁에서 협상력이 강화됩니다. 장수명 배터리를 먼저 개발하거나 적용하는 회사가 더 많은 발언권을 확보하고 더 많은 시장을 선점할 수 있게 됩니다. 특히 배터리 교체 시장에 관심 있는 회사들은 더욱 적극적으로 나서고 있습니다.
아시다시피, 우리나라는 아직 통일된 배터리 모듈 표준을 수립하지 못했습니다. 현재 배터리 교체 기술은 동력 배터리 표준화의 선구적인 시험 분야입니다. 공업정보화부 신궈빈 차관은 작년 6월 배터리 교체 기술 표준 체계를 연구 및 구축하고 배터리 크기, 배터리 교체 인터페이스, 통신 프로토콜 등 표준의 통일을 추진하겠다고 밝혔습니다. 이는 배터리의 호환성과 범용성을 향상시킬 뿐만 아니라 생산 비용 절감 및 생산 효율 향상에도 도움이 될 것입니다.
배터리 교체 시장의 표준을 제시하고자 하는 기업들은 이러한 노력에 박차를 가하고 있습니다. NIO를 예로 들면, 배터리 빅데이터의 운영 및 스케줄링을 기반으로 NIO는 기존 시스템의 배터리 수명과 가치를 연장했습니다. 이를 통해 BaaS 배터리 대여 서비스의 가격 조정 여지를 확보했습니다. 새로운 BaaS 배터리 대여 서비스에서는 표준 배터리 팩 대여 가격이 월 980위안에서 728위안으로 인하되었고, 장수명 배터리 팩 대여 가격은 월 1,680위안에서 1,128위안으로 조정되었습니다.
일부 사람들은 동료 간 권력 교환 협력을 구축하는 것이 정책 지침에 부합한다고 믿습니다.
NIO는 배터리 교체 분야의 선두주자입니다. 작년 웨이라이(Weilai)는 "네 가지 중 하나를 선택"하는 국가 배터리 교체 표준에 진입했습니다. 현재 NIO는 전 세계 시장에 2,300개 이상의 배터리 교체 스테이션을 구축 및 운영하고 있으며, 창안(Changan), 지리(Geely), JAC, 체리(Chery) 등 여러 자동차 회사를 배터리 교체 네트워크에 참여시키고 있습니다. 보도에 따르면 NIO의 배터리 교체 스테이션은 하루 평균 7만 건의 배터리 교체를 처리하며, 올해 3월 기준 4천만 건의 배터리 교체 서비스를 제공했습니다.
NIO가 장수명 배터리를 최대한 빨리 출시하면 배터리 교체 시장에서의 입지를 더욱 공고히 할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 교체 시장의 표준을 제시하는 기업으로 자리매김하는 데에도 도움이 될 것입니다. 동시에, 장수명 배터리의 인기는 브랜드의 프리미엄 제품 경쟁력 강화에도 도움이 될 것입니다. 한 관계자는 "장수명 배터리는 현재 주로 고급 제품에 사용되고 있다"고 말했습니다.
소비자 입장에서는 장수명 배터리가 대량 생산되어 자동차에 장착되면 일반적으로 보증 기간 동안 배터리 교체 비용을 지불할 필요가 없어져 "자동차와 배터리의 동일한 수명"을 실현할 수 있습니다. 또한, 배터리 교체 비용도 간접적으로 절감되는 것으로 볼 수 있습니다.
신에너지 차량 보증 설명서에는 보증 기간 동안 배터리가 무상으로 교체될 수 있다고 강조되어 있습니다. 그러나 이 문제에 정통한 한 관계자는 무상 배터리 교체에는 조건이 따른다고 말했습니다. "실제로 무상 교체가 제공되는 경우는 드물고, 여러 가지 이유로 교체가 거부될 수 있습니다." 예를 들어, 특정 브랜드는 "차량 사용"을 포함한 비보증 범위를 명시하고 있습니다. 이 과정에서 배터리 방전량이 배터리 정격 용량의 80% 이상 발생하는 경우가 있습니다.
이러한 관점에서 볼 때, 장수명 배터리는 이제 유망한 사업 분야입니다. 하지만 언제 대규모로 대중화될지는 아직 정해지지 않았습니다. 실리콘 도핑 리튬 충전 기술에 대한 이론은 누구나 이야기할 수 있지만, 상용화 전에는 공정 검증과 온보드 테스트가 여전히 필요합니다. 업계 관계자는 "1세대 배터리 기술의 개발 주기는 최소 2년이 걸릴 것"이라고 말했습니다.
게시 시간: 2024년 4월 13일