오늘은 테슬라에 투자하고 계시는 많은 분들이 기대하고 있는 테슬라 데이에 대해 알아보고자 합니다.
먼저 배터리 데이 란 테슬라의 CEO 일론머스크가 테슬라의 투자자들에게 현재 테슬라의 배터리 기술에 대한 프레젠테이션을 하는 일종의 행사라고 생각하시면 되겠습니다.
행사 주최측은 당초 '배터리와 파워트레인'에 대한 프레젠테이션이 있을 것이라고 했지만 일론 머스크는 배터리에 관한 이야기가 대부분일 것이라고 했습니다.
그러면서 머스크는 " 테슬라 역사상 가장 흥미로운 날이 될 것이며, 그 시기가 적절한지 알아보는 중입니다 "라고 덧붙이며 많은 테슬라 투자자들이 배터리 데이를 기다리게 만들었습니다.
" Tesla's 'bettery day' in may will be 'the most exciting day' in compnay history. "
배터리는 전기 자동차의 부품 중에서도 가장 비싼 부품에 속합니다.
테슬라와 같은 전기자동차 업체들이 펼치는 영업전략은 현재의 내연기관 자동차는 많은 배기가스로 인한 환경오염 등의 문제가 많으니 환경에 문제가 없고 값도 저렴한 전기자동차를 사용하도록 장려하는 것입니다.
하지만 배터리의 부품 값이 높고, 현재는 많은 양의 수급 또한 힘든 상황입니다.
하지만 현재 테슬라는 배터리 셀 대량 생산을 통해 배터리의 가격을 100달러로 낮출 수 있는 '로드 러너(Roadrunner)' 프로젝트를 진행하고 있습니다.
투자자들이 현재 테슬라의 배터리 데이를 주목하고 있는 문구가 바로 '테라 팩토리' 입니다.
일론 머스크의 '테라 팩토리' 언급에 눈길이 가는 것은 테슬라의 기존 공장 명칭이 '기가 팩토리' 였기 때문입니다.
미국 네바다주에 있는 테슬라의 첫 번째 배터리 팩 공장인 기가팩토리 1은 셀 기준 35 GWh, 팩 기준 50 GWh의 케파를 보유하고 있습니다.
하지만 차기 공장을 '테라 팩토리'라고 한다면, 공장 캐파가 테라와트(Twh)급의 스케일을 의미하는 것인데, 셀 기준으로 보면 기가팩토리의 30배, 팩 기준으로 보면 20배만큼 커지는 것입니다.
기가팩토리 1은 2014년에 파나소닉과 테슬라가 합작하여 지은 것으로 소요된 비용은 50억 달러 수준입니다.
그것도 그중 20억 달러는 파나소닉이 투자하여 가능했습니다.
이를 기준으로 단순 계산을 해보면 테라와트급의 공장 건설을 하려면 이론상 1천억 달러 이상의 비용이 소요될 것으로 예상됩니다.
우리 돈으로 100조 원이 넘는 금액입니다.
테슬라의 현재 Cash flow(현금흐름)가 좋아지고 있고 배터리 시장에서 독점적인 기술을 가지고 있는 것은 사실이지만 막대한 비용을 단일 공장에 투자하는 것은 현재로서는 리스크가 큽니다.
현재 투자자들은 테슬라의 배터리 내재화 가능성을 언급하는데 그 이유는 타 경쟁업체 대비 배터리 제조원가 경쟁력을 갖는 재료 선택이나 공정기술에 대한 지대한 관심을 갖고 있기 때문입니다.
이를 통해 배터리는 원가 경쟁력 확보와 더불어 수익성 향상을 꾀할 수 있는 것입니다.
그동안 EV 배터리 가격은 연평균 18%씩 하락해 왔으며 이로 인해 전기차 제조 비용 중 배터리가 차지하는 비중이 2015년 57% 에서 2018년 33%로 현저히 개선되어 왔습니다.
BNEF(블룸버그 뉴에너지 파이낸스)는 전기차 시장의 폭발적 성장을 기대하는 가격 수준울 KWh 당 100달러로 제시했으며 그것을 전기차의 내연기관 대비 Price Parity 수준으로 보았습니다.
kWh 당 100달러를 전기차의 Price Parity로 보는 이유는 간단합니다.
미국 기준으로 내연기관 차량의 평균 가격을 3만 3천 달러, 저가 차량도 2만 달러 수준으로 추정하고 있는데, 전기차 제조 시 배터리팩 비용 비중이 25%로 가정하는 경우, 배터리팩 가격이 5천 달러를 넘지 않는다면 내연기관 차량과 전기차의 가격은 동일해진다는 연구결과가 있기 때문입니다.
전기차의 1회 충전거리가 내연기관 차량에 비해 뒤지지 않으려면 최소 200마일이 되어야 하고, 승용차 기준 kWh당 4마일의 주행이 가능하다고 보면, 전기차는 최소 50 kWh의 배터리팩을 채용하면 됩니다.
따라서 kWh당 100달러를 달성한다면 배터리팩 가격은 5천 달러로 떨어지게 되고, 해당 전기차는 내연기관의 저가 트림 가격까지 내려놓을 수 있게 되는 것입니다.
내연기관은 환경적인 이슈를 떠나서도 소비자이 특별히 선호할 장점이 사라지게 되는 것이라 할 수 있습니다.
이는 전기차 시장이 폭발적으로 성장하는 전환점이 된다는 것을 의미합니다.
그렇다면 어떻게 100달러라는 목표를 달성할 수 있을까가 투자자들의 주요 관심입니다.
이는 과거 10년 동안 배터리의 가격이 어떻게 매년 18%씩 하락할 수 있었는지를 이해하는 것이 중요합니다.
만약 배터리의 재료비 비중이 높아 재료 원가의 변화로 인해 달성 가능했을 것이라고 생각한다면 2016 - 2018년 동안의 리튬, 코발트 등 주요 원자재의 가격이 2~4배 폭등했던 기간 동안의 배터리 가격 하락에 대해 설명할 수 없습니다.
배터리 가격에 영향을 미치는 요소는 배터리 제조 BoM 비용의 50%가 넘는 재료비가 크다 보니, 배터리 재료를 구성하는 메탈의 가격을 낮추는 것이 중요합니다.
하지만 그것 못지않게 배터리 가격에 영향을 미치는 요인은 또 있습니다.
바로 배터리 셀이 가지고 있는 단위 에너지 밀도의 변화입니다.
아래 그림을 보겠습니다.
그림에서 볼 수 있듯이 배터리의 가격 산정 기준은 단위 kWh당 비용이기 때문에 판가의 분자에 해당하는 요인들의 비용 감소도 중요하나, 분모에 해당하는 요인들 즉, 에너지 밀도를 끌어올릴 수 있는 소재나 공정 기술, 배합 기술 등이 배터리 비용 절감에 핵심이라 할 수 있습니다.
분모에 영향을 미치는 다양한 요인 중에 가장 이해하기 쉬운 부분이 양극재의 메탈 조성입니다.
10년 전 전기차에 쓰이던 배터리 양극재는 LFP나 NiMH, 그리고 심원계의 가장 기본 구성인 NCM111 등이었습니다.
하지만 지금은 NCM523, NCM811 또는 NCA811까지 더욱 다양해졌는데 큰 변화는 결국 이 양극재의 에너지 밀도 차이입니다.
니켈 비중을 높이고 코발트를 줄이는 양극재 조성이 현재까지 에너지 밀도 개선과 이로 인한 배터리 제조 원가 개선에 크게 기여한 상황인 것입니다.
그렇다면, 에너지밀도 개선의 관점에서 향후 어떻게 리튬이온 배터리의 제조원가를 개선시켜 나갈지가 관심사입니다.
양극재 재료에서는 니켈 비중을 더욱 높이거나 재료 결정구조를 바꾸는 시도가 이루어지고 있고 음극재에서는 실리콘 소재 혼합을 통해 밀도 개선 통해 점진적으로 에너지 밀도를 향상하고 있습니다.
전해액에서는 특수 전해질을 사용한 수명 사이클을 향상하려는 시도를 하고 있으며, 전고체는 기존 양극재와 음극재 재료로 배터리 에너지 밀도를 한 단계 높일 수 있는 구조로 대부분의 업체를 통해 연구개발이 이루어지고 있습니다.
