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일본 이차전지(배터리) 산업 및 희귀금속 공급망 리스크 대응 현황

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  • 오사카무역관 안재현
  • 2021-12-29

일본의 배터리 산업은 중국과 한국의 성장세에 점유율이 하락되는 추세

일본은 배터리에 필요한 희귀금속(니켈, 코발트, 리튬) 외 흑연의 편재성으로 공급망 리스크가 큰 편

일본은 JOGMEC을 중심으로 광물자원 개발 및 확보 노력 중

이차전지는 탄소중립 사회의 실현을 위해 에너지를 효율적으로 저장할 수 있는 수단으로 중요성이 날로 커지고 있다. 최근에는 전기자동차(EV)의 수요가 증가하면서 배터리에 대한 관심도 더욱 커져가고 있는데 차량용 배터리 외에도 가정용, 재생에너지용, 건물용 축전지 등 다양한 곳에서 수요가 증가함에 따라 이차전지의 중요성은 지금보다 더욱 확장될 전망이다. 일본 역시도 이런 추세에 맞춰나가며 이차전지 산업을 차세대 주요 산업으로 선정하는 등 다양한 노력을 기울이고 있는 바 일본의 이차전지 정책을 살펴보고 특히 가장 중요한 과제로 꼽히는 원자재의 공급 문제를 살펴보며, 같은 문제를 겪을 위험이 높은 한국의 상황에도 적용할 수 있는 교훈을 검토해보고자 한다.

 

이차전지 산업에 대한 주요국 현황

 

일본 경제산업성이 분석한 자료에 따르면 이차전지의 분야는 각 분야에서 확대될 전망이다. 용량 규모를 기준으로 전 세계 이차전지 시장 규모를 살펴보면, 차량용 전지의 경우 2020년 기준 145.5GWh에서 20352070.3GWh14.2배 증가할 것으로 예상되며 설치용 전지, 소형 가정용 전지 시장 규모는 각각 4.3, 2.4배 증가를 보이며 이차전지 시장이 전반적으로 대규모 증가할 것으로 전망되고 있다.

 

<이차전지 시장 규모 성장 예측>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP00003938be42.bmp 원본 그림의 크기: 가로 1261pixel, 세로 503pixel

[자료: 경제산업성]

 

이차전지 시장 규모가 확대됨에 따라 해당 분야를 둘러싼 주요 국가들 간의 경쟁은 심화되고 있다. 특히 한국, 중국, 일본 3개국은 이차전지와 관련된 산업을 보유하고 있으며 모두 자국의 산업을 육성시키고자 노력 중이다. 일본의 경우 2차전지에 대한 기술 개발이 가장 빨랐으나 중국과 한국의 성장세에 밀려 시장이 축소하고 있는 모습을 보여주고 있다. 차량용 리튬이온 전지의 경우 일본의 비중은 201540.2%에서 202021.1%로 감소한 반면 중국은 28.1%에서 37.4%, 한국은 28.4%에서 36.1%로 증가한 것으로 나타났다. 설치형 리튬이온의 경우도 일본의 점유율은 27.4%에서 4.5%로 점유율이 떨어지며 전 세계 시장에서 영향력이 축소되고 있는 것을 확인할 수 있다.

 

<이차전지 국가별 및 주요 기업 점유율>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000039380001.bmp 원본 그림의 크기: 가로 1220pixel, 세로 627pixel

[자료: 경제산업성]

 

지역별 생산능력 예상을 살펴봤을 때 일본의 경우 2022GWh에서 2539GWh로 증가할 것으로 예상되는 것에 비해 미국의 경우 47GWh(20)에서 205GWh(25), 유럽 66GWh(20)에서 726GWh(25), 중국은 182GWh(20)에서 754GWh(25) 등 주요 경쟁국들은 생산능력이 큰 폭으로 확장될 것으로 예측되고 있어 일본의 이차전지 산업의 향후 전망이 밝지만은 않을 것으로 보인다.

 

일반적으로 알려진 바와 같이 일본은 현재의 액체 리튬이온 배터리보다 추후 성장이 기대되는 전고체 배터리 개발(아연부극 전지, 할로겐화물전지) 및 상품화에 주력을 다하고 있다. 기술적인 우위성은 일본이 보유하고 있는 것으로 알려져 있으나 중국이 빠른 속도로 기술 격차를 줄여나가고 있는 것으로 알려졌다. 2001년부터 2018년까지의 누적 특허 건수 비율은 일본이 37%, 중국이 28%를 차지하고 있으나 최근 몇 년간 중국의 특허 출원 건수가 일본을 능가하고 있어 중국의 급격한 기술 성장을 체감할 수 있다. 이에 일본은 고성능 축전지 실현을 위해 소재, 제조방식, 생산 기술 등의 혁신을 과제로 삼고 있는 상황이다.

 

<전고체 배터리 특허 출원 건수 추이>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000039380002.bmp 원본 그림의 크기: 가로 969pixel, 세로 677pixel

[자료: 경제산업성]


일본의 이차전지 재료(양극재, 음극재, 전해질, 세퍼레이터 등)에서는 품질면에서 우위를 가지고 있으며 일정 부분의 점유율을 보유하고 있는 것으로 알려졌다. 그러나 중국의 비용적인 측면에서의 우위성과 함께 최근에는 품질면에서 개선이 빠르게 이루어지고 있는 것으로 알려졌다. 배터리에 대한 안정성 문제가 대두되고 있는 시점에서 안정성이 높은 일본 제품에 대한 수요가 이어질 것으로 보이나 생산성 향상 등을 통한 가격 경쟁력 향상이 불가결한 것으로 보인다.

 

<이차전지 분야별 주요 기업 점유율>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000039380003.bmp 원본 그림의 크기: 가로 1180pixel, 세로 531pixel

[자료: 경제산업성(후지경제연구소 자료 기초로 작성)]

 

이차전지 공급망 분석 및 문제점

 

이차전지를 생산하기 위해서는 이차전지에 들어가는 광물 자원을 확보하여 배터리 재료를 만들고 이를 활용하여 배터리 셀 그리고 셀을 활용한 배터리 팩을 만드는 과정을 거쳐야 한다. 이 중에서 광물 자원(리튬, 코발트, 니켈, 흑연 등)이 지역 편재성이 심하고 특히 중국계 자본의 투자가 활발하여 중국 의존도가 높다는 점이 문제점으로 지적되고 있다. 또한 광물자원을 통해 만들어지는 배터리 재료에 대해서도 일본 생산 재료의 안전성, 품질은 높지만 중국산 재료가 낮은 코스트를 활용하며 품질격차까지 추격해오는 등 중국의 성장세가 무섭다는 점도 지적되고 있다.

 

<이차전지 밸류체인 및 단계별 현황>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000039380004.bmp 원본 그림의 크기: 가로 1253pixel, 세로 574pixel

[자료: 경제산업성]

 

광물 자원의 편재성에 대해 일본은 2010년대 전반 중국과의 희토류 분쟁을 경험하면서 위험성을 인지하며 지속적으로 해당 리스크를 해결하기 위한 제도 개선에 노력을 기하고 있다. 이차전지에서도 리튬, 코발트, 니켈, 흑연의 경우 매장량 및 생산량이 편향되어 있는 만큼 이에 대한 대안 마련에 고심하고 있는 상황이다.

 

<주요 희소 광물(리튬, 코발트, 니켈) 현황>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000039380005.bmp 원본 그림의 크기: 가로 1262pixel, 세로 547pixel

[자료: 경제산업성(USGS2020. IEA, 일본 무역통계 기반 작성)]

 

경제산업성의 자료에서는 특히 중국의 편재성이 두드러지는 흑연에 대한 리스크가 높은 것으로 나타났다. 이차전지의 음극재의 재료로 사용되는 흑연의 경우 천연 흑연의 22%가 중국에 매장돼 있으며 전 세계 62%가 중국에서 생산된다. 일본에서는 현재 흑연 수입의 92%를 중국에 의존하고 있어 공급망 불안정성에 대한 지적이 눈길을 끈다.

 

<흑연 자원 현황>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000039380006.bmp 원본 그림의 크기: 가로 1168pixel, 세로 674pixel

[자료 : 경제산업성(USGS2020. IEA, 일본 무역통계 기반 작성)]

 

음극재와 관련하여 천연 흑연과 인조 흑연 두가지가 사용되고 있는데 천연흑연의 경우 가격이 낮은 대신 충전 효율이 낮고 반대로 인조 흑연은 가격이 높은 대신 충전효율이 높다는 특징이 있어 현재는 두 가지를 혼합하여 사용하는 방식이 주된 방식으로 자리 잡고 있다. 일본의 경우 인조흑연의 주요 생산국 중 하나이나 중국의 생산 확대로 인해 경쟁이 치열해지는 상황이다.

 

자원 공급 확보를 위한 노력

 

이차전지 산업에 있어서의 불안전성을 극복하기 위해서 일본은 제도적 지원을 수행하고 있다. 일본은 2번의 오일쇼크 및 광물자원 공급의 불안정성을 극복하기 위해 1983관민 협력에 의한 희귀금속(레어메탈) 비축제도를 만들었다. 해당 제도에 의해 현재 국가 및 민간 비축으로 희귀금송 34광종(55원소)를 대상으로 국내 기준 소비량으로 60일 분에 해당하는 양을 비축 목표량으로 유지하고 있다. 그리고 희귀금속의 안정적 공급을 담당하는 기관은 일본 석유천연가스·금속광물자원기구(JOGMEC)이다.

 

<일본 관민 협력 희귀금속(레어메탈) 비축제도>

 

국가 비축

민간 비출

실시 주체

JOGMEC

민간비축

비축대상 광물

희귀금송 34(55원소)

Li, Be, B, Ti, V, CR, Mn, Co, Ni, Ga, Ge, Se, Rb, Sr, Zr, Nb, Mo, In, Sb, Te, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Re, Tl, Bi, REE(레어어스) PGM, C, F, Mg, Si

목적

원활한 산업활동의 유지 및 국가경제안전보장의 확립

기업의 사용실태에 즉각적인 반응하는 자주적 비축

보관 장소

국가비축창고 관리

민간 기업 개별 보관관리

목표

국내 기준소비량의 42일치

(비축목표량의 7)

국내 기준소비량의 18일분

(비축 목표량의 3)

합계: 국내 기준소비량의 60일분

[자료: 경제산업성 자원에너지청]

 

JOGMEC는 일본 내 자원의 안정적 공급을 위해 석유, 천연가스, 금속광물 등의 확보 및 관리를 담당하는 업무를 진행하고 있다. 석금속과 관련해서는 레어메칼의 탐광, 개발관련 금융기술을 지원하고 있고 리스크가 큰 광산개발의 경우에는 초기 광산 개발을 진행한 뒤 이를 국내 일본 기업에 인계하는 사업도 펼치고 있다. 또한 희귀 금속 품귀 현상에 대해 긴급 시 기동적인 방출을 담당하는 것으로 알려졌다.

 

<JOGMEC의 주요 업무>

분야

주요 업무

석유·천연가스

일본 기업의 탐광·개발 프로젝트 지원메탄 하이드레이트 개발 기술원유회수율 향상 기술(CO2EOR) 지원

해외사업

해외 자원회사의 인수 및 자본 제휴 등에 대한 지원유의 탐광 단계에서 개발단계로의 전환에 대한 지원

금속

베이스메탈, 레어메탈들의 탐광·개발 금융·기술 지원해저 광물자원 탐색,

리스크가 높은 초기 탐광 개발 성공 시 일본 기업 인계, 국내 석탄 관리 정책 지원, 레어메털의 국가 비축 관리 및 긴급 시 기동적 비축의 방출 실행

탄소중립

재생에너지 분야 중 지열 관련 개발 프로젝트 지원(금융·기술)

[자료: JOGMEC 홈페이지, KOTRA 오사카 무역관 정리]

 

이차전지와 관련해서는 향후 리튬, 코발트, 흑연 등 외에도 세륨, 네오딤, 디스프로슘 등이 필요한 것으로 전망하고 있으며 경제산업성은 JOGMEC을 통해 해당 광물에 대한 확보 관리를 더욱 강화시켜 나갈 것으로 보인다. 이를 위해 기존에 진행해오는 탐광 융자 및 출자 비율을 늘리는 등 리스크 대응 강화를 진행하며 향후 ESG 문제에 대응하기 위해 해외광산에서의 인권 문제와 탄소배출 리스크 등에도 관리를 확대해나갈 전망이다.

 

현재의 대응과 관련하여 전지 서플라이체인 협의회(BASE)’에서는 민관 협의회에서 JOGMEC의 지원제도의 확대를 요구했다. 현재의 출자비율이 50% 미만인 부분을 100% 미만까지로 확대하고 출자, 융자 요건의 완화를 통해 적극적인 리스크 테이킹을 요구하고 있다. 또한 베터리 관련 금속의 수입관세 철폐도 요구하고 있어 희귀금속 확보에 어려움을 해소하길 요청하고 있다. 또한 중국 의존도가 매우 큰 천연 흑연에 대해서도 JOGMEC를 통한 지원제도 개선을 주장했다. ‘출자, 융자요건의 완화와 함께 보험 적용 범위의 확대를 주장했다.

 

또한 BASE는 희귀금속 확보를 위한 폐배터리 리사이클링과 관련한 의견도 전달했다. 현재 일본에서 폐배터리 리사이클과 관련하여 보이는 문제점으로 2030년까지 리사이클 자원의 볼륨()의 부족으로 비용이 증가할 것 스크럽 보관 창고가 작아 비용이 높음 중고 전기자동차 수출로 인한 리사이클 볼륨의 부족, 해외불법 투기 우려 등 폐배터리 확보의 문제가 발생할 수 있다는 점을 지적했다. 이에 대해 해외 스크럽 수입 추진을 위한 절차 간소화 ② 중고자동차 수출의 억제조치(수출과세, 디포짓 제도, 연식에 따른 수출 규제 등) ③ 보관창고 대규모화 등의 제안을 경제산업성에 제출했다. 리사이클과 관련한 제도 변경이 이루어질 것인지도 향후 지켜봐야할 지점이다.

 

<전기자동차의 폐차 대수 예상>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000039380007.bmp 원본 그림의 크기: 가로 958pixel, 세로 602pixel

[자료: BASE(배터리 서플라이체인 협회)]

 

<HV/PHV의 수출 비중 예상>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000039380008.bmp 원본 그림의 크기: 가로 1064pixel, 세로 625pixel

[자료: BASE(배터리 서플라이체인 협회)]

 

일본 정부는 이차전지 분야의 자원 부족 등의 문제를 해결하기 위한 방안으로 <차세대 축전지, 모터의 개발>을 진행하고 있다. 이는 2012월 발표된 그린 성장전략의 14가지 분야 중 이차전지 분야에 대한 구체적인 액션플랜이다. 특히 이를 달성하기 위한 연구 개발 기금인 그린 이노베이션 기금(2조원 규모)’ 1,510억엔이 <차세대 축전지, 모터의 개발>으로 책정되었다. 해당 프로젝트는 크게 3가지 프로젝트로 구성되어있다. 이 중 1-11-2 과제에 총 1,205억엔의 예산이 투입될 것으로 예상되고 있어 향후 이차전지를 둘러싼 소재 관련 신기술 개발에 박차를 가할 것으로 예상된다.

    · 참고 자료 : 일본 그린성장전략의 예산인 2조엔 기금 '그린이노베이션 기금', 첫번째 사업은 '수소 산업'


<차세대 배터리, 모터를 위한 연구 프로젝트 주요 내용>

 

연구개발 항목

주요 내용

1-1

고성능 축전지·재료의 연구개발

항속 거리 등에 영향을 미치는 에너지 밀도가 현재의 2배 이상(700~800Wh/L 이상)의 고용량계 축전지 및 코발트, 흑연 등 사용량 절감가능 재료 개발, 재료의 저탄소제조 프로세스

1-2

축전지의 리사이클 관련 기술개발

리튬이온전지로부터 경쟁력있는 비용으로 출전지 재료로 이용가능한 품질을 확보, 리튬 70%·니켈 95%·코발트 95%를 회수하는 기술 개발, 급격히 증가하는 자원리스크 대응, ESG 리스크 대응

2

모빌리티에 적합한 모터시스템의 고효율화, 고출력밀도화기술 개발

모터 시스템 고효율화(시스템 평균 85%), 

소형·경량화파워 향상(시스템 출력밀도 3.0W/Kg)

 [자료: 경제산업성, NEDO 자료 기반으로 KOTRA 오사카 무역관 정리]


일본 기업의 리사이클 기술 확보도 눈길을 끌고 있다. 스미토모 광산의 경우 구리 제련 노하우를 살려 차량용 배터리를 분쇄한 가루를 가열하여 구리와 니켈, 코발트, 리튬을 저비용으로 꺼내는 신기술을 세계 최초로 확립하였다. 산소 농도나 온도를 조정하는 것으로 원하는 금속을 추출할 수 있다. 리튬은 불순물과 함께 분리되지만 화학 처리로 인해 효율적으로 꺼낼 수 있다. 이렇게 추출된 재원은 가격 경쟁력을 가지는데 리튬의 경우 광산에서 채굴된 광물 가격이 1킬로그램당 5~6달러까지 내려와도 비용 경쟁력을 보유할 수 있다고 회사 관계자는 전달하고 있다.

 

스미토모 광산의 경우 품질과 채산성을 모두 양립하여 양산할 수 있는 기반을 마련한 것으로 알려졌다. 신 설비는 2023년 일본 국내에서 가동될 것으로 알려졌다. 1년에 7000톤 전후의 배터리 가루의 처리 능력을 검토하고 있다. 현재 기준의 차량용 배터리라면 채취할 수 있는 양은 코발트 약 200톤으로 단순 계산으로 EV 2만대 분에 해당되는 수준이다. 투자액은 수십억엔으로 추측된다.

 

<스미토모 광산 제련 시설>

그림입니다. 원본 그림의 이름: CLP000039380009.bmp 원본 그림의 크기: 가로 638pixel, 세로 403pixel

[자료 : 닛케이]

 

스미토모 광산 외에도 JX금속, 미츠미시 머테리얼 등이 리사이클 사업에 도전하고 있다. JX 금속은 배터리에 사용된 산화 니켈을 21년 여름부터 생산하고 있다. 22년에는 산화 코발트의 생산도 시작할 예정이다. 미츠비시 마테리얼의 경우 일본 자력 선광과의 협력으로 EV전지에 필요한 레어메탈의 회수 관련 실증 사업을 진행하고 있는 것으로 알려졌다.

 

시사점

 

이차전지는 한국이 중점적으로 육성하고 있는 분야로 글로벌 경쟁력이 있는 기업들이 매우 열심히 노력하며 성장하고 있다. 그러나 자원 광물의 편재성이라는 문제점이 매우 크게 남아있는 상황이다. 최근의 공급망 타격을 경험하면서 한국의 글로벌 공급망에 대한 재검토가 대대적으로 실시되고 있는 현 상황에서 정부와 주요 기업들은 광물자원에 대한 확보 및 대응책 마련에 분주한 것으로 알려졌다.

 

일본 역시도 한국과 비슷한 상황이나 일본의 경우 2011년 동일본 대지진과 2013년 전후로 희토류 공급망 충격을 경험하면서 글로벌 공급망에 대한 대대적인 점검 및 경제 안보에 대한 대책을 꾸준히 마련하고 있는 상황이다. 특히 코로나19로 인해 서플라이체인 위험을 경험하며, 다시 한 번 경제 안보와 관련한 공급망 재점검에 나서고 있는 상황이다. 이런 상황 속에서 일본의 광물 자원 확보 제도와 주요 기업들의 대응책들을 살펴보며 우리 기업들도 향후 대응책 마련에 참고할 수 있기를 희망한다. 광물 편재성을 극복할 수 있는 공급망 다변화와 희소 광물을 절약하거나 재활용할 수 있는 신기술의 개발이 향후 리스크 극복의 관건이라고 보인다.

 

 

자료: 닛케이, 경제산업성, JOGMEC, KOTRA 오사카 무역관 자료 종합

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