윤성에프앤씨 분기보고서 (2024.09)
1. 사업의 개요

당사는 2차전지에 필요한 분체 또는 액체 형태의 원재료를 혼합하는 데 필요한 믹싱 장비와 그 시스템 판매를 주력사업으로 영위하고 있으며, 이외에 제약·바이오 및 식품제조 장비를 제조하고 있습니다(매출액 비율 10% 미만). 전기차, 에너지저장시스템(ESS), 스마트폰 등 2차전지의 수요 증가로 2차전지 제조 등의 설비 투자가 확대됨에 따라 당사는 2차전지 사업에 영업력을 집중하고 있습니다.

(1) 2차전지 개요

전지(battery)는 내부에 들어있는 화학물질(활물질; active material)의 화학에너지(chemical energy)를 전기화학적 산화-환원반응 (electrochemical oxidation-reduction reaction)에 의해 전기 에너지로 (electrical energy) 변환하는 장치입니다. 정확한 의미에서 "전지"라는 용어는 두개 이상의 전기화학적 셀(cell)의 집합체를 나타내지만, 보통 단위 전지(single cell)에도 사용되고 있습니다. 전지는 화학 반응대신 전기 화학 반응이 일어나 전자(electron)가 도선을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있도록 특별한 내부구조로 이루어져 있으며, 도선을 통하여 흐르는 전자 flow는 전기에너지의 원천이 되어 인간에게 유용한 "일"을 제공합니다.

전지의 음극은 보통 전자를 내어주고 자신은 산화되는 물질이며, 양극은 전자를 받아 (양이온과 함께) 자신은 환원되는 물질로서, 전지가 외부 load (전등, 기구)와 연결되어 작동할 때, 즉 전지의 방전 반응이 진행할 때 두 전극은 각각 전기화학적으로 다른 상태로의 변화를 일으킵니다. 이때 음극의 산화반응에 의해 생성된 전자는 외부 load를 경유하여 양극으로 이동하고 양극 물질과 환원반응을 일으킵니다. 이때 전기적 회로는 음극과 양극 방향으로의 anion (negative ion)과 cation (positive ion)의 물질이동에 의해 전해질 내에서 완성됩니다. 전지를 사용함에 따라 전지의 전압은 계속 낮아지고 결국 외부 load를 작동시킬 수 없을 때까지 이르게 됩니다. 이 경우 버리게 되는 전지를 1차 전지, 재 충전하여 다시 사용할 수 있는 전지를 2차 전지라 합니다.

역사적으로 납(Lead-acid)축전지, 니카드(Ni-Cd) 전지, 니켈수소(Ni-MH) 전지는 소형 2차 전지로서 많이 사용되어져 왔으며, 휴대용 무선 전자 제품들에 주로 적용됩니다. 이들 제품 들의 소형화 및 경량화를 위해 에너지 밀도가 높은 2차전지의 필요성이 크게 대두되었으며, 환경 친화적인 제품에 대한 수요에 따라 최근에는 리튬 이온 2차 전지가 대세가 된 상황입니다. 리튬 이온 2차전지는 에너지 밀도가 높고, 작동 전압이 높을 뿐 아니라 우수한 보존 및 수명 특성을 보이는등의 많은 장점을 지니고 있습니다. 따라서 리튬 이온 2차전지는 개인용 컴퓨터(Personal Computer), 캠코더(Camcorder), 휴대폰등에 범용적으로 사용되고 있으며 나아가 자동차의 동력원으로 채택되는 상황에 이르렀습니다.

[전지의 분류]

전지 구분	세부 분류

1차전지	- 폴리머 전지
- 플라스틱 전지

2차전지	- 리튬이온(Lithium-Ion) 2차전지
- 납축(Lead-Acid) 전지
- 니켈카드뮴(Nickel Cadmium) 2차전지
- 니켈수소(Nickel Metal Hydride) 2차전지

연료전지	- 용용탄산염 연료전지
- 고체전해질 연료전지

태양전지	- 실리콘계 태양 전지
- 화합물 반도체계 태양전지

당사는 이러한 전지 중 리튬이온 전지(2차전지의 한 종류)의 제조 과정에 적용되는 장비의 설계 및 엔지니어링, 기자재 조달, 제작 및 설치의 과정을 일괄 수행하는 EPC(Engineering, Procurement Construction) 사업을 영위하고 있습니다. 리튬이온 전지가 포함되는 2차전지는 전지의 적용 소재에 따라 크게 1) 리튬이온 전지 2) 납축전지 3) 니켈카드뮴전지 4) 니켈수소전지의 4가지로 구분됩니다.

1) 리튬이온 전지

리튬이온 전지는 리튬의 화학적 반응으로 전기를 생산하는 전지입니다. 충전 시 양극에 있던 리튬이온과 전자는 음극으로 이동합니다. 리튬이온은 전해액을 통해서, 전자는 도선을 통해서 이동합니다. 방전 과정은 음극으로 이동한 리튬이온과 전자가 양극으로 이동하면서 에너지를 방출하는 과정입니다. 2차전지의 일종으로 환경규제물질을 미포함하고 기존 전지 대비 무게가 가벼움과 동시에 에너지 밀도가 높아 노트북, 스마트폰 등의 소형 전자기기에 사용됩니다. 또한, 초소형화를 통한 웨어러블 기기에 적용, 팩 및 모듈화를 통한 수요처별 제품 설계를 기반으로 다양한 응용 분야에 적용될 수 있는 4차 산업 혁명의 대표적인 기술로, 양극재, 음극재, 분리막, 전해질 등 핵심 요소 원천기술의 고도화가 이루어지고 있습니다.

최근 기후변화에 대응하기 위한 온실가스 감축을 위해 전기차(Electronic Vehicle, EV)의 보급이 내연기관차를 대체하는 추세입니다. 또한, 신재생에너지의 효율적 저장이 가능한 저장소 기능을 수행하는 에너지 저장장치(Energy Saving System, ESS)를 중심으로 중대형 리튬이온배터리 시장은 꾸준히 성장 중입니다.

리튬이온 전지는 크게 양극, 음극, 전해액, 분리막으로 구성되어 있습니다. 양극에는 리튬이 산소와 결합해 산화물 형태로 자리잡고 있는데 이를 양극활물질(Cathode)라고 부릅니다. 양극에는 양극의 틀을 잡아주는 얇은 알루미늄 기재에 활물질과 도전재 바인더가 섞인 합제가 입혀져 있습니다. 도전재는 리튬산화물의 전도성을 높여 주고, 바인더는 알루미늄 기재에 활물질과 도전재가 잘 정착할 수 있도록 사용됩니다.

음극도 양극처럼 음극 기재에 활물질이 입혀진 형태로 이뤄져 있습니다. 음극 활물질은 양극에서 나온 리튬이온을 흡수·방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 역할을 합니다. 충전상태일 때 리튬 이온은 음극에 존재하는데 이때 양극과 음극을 도선으로 이어주면 리튬 이온은 전해액을 통해 양극으로 이동하고, 리튬이온과 분리된 전자는 도선을 따라 이동하면서 전기를 발생시킵니다.

전해액은 리튬이온을 통과시키는 매개물질입니다. 전자는 도선으로 이동하게 하고, 이온은 전해액으로 이동하게 하면서 리튬이온 전지의 전기를 사용할 수 있습니다. 전자가 만약 전해액을 통해 이동하는 경우 전기를 사용할 수 없으며 안정성에도 위협이 되기 때문에 전해액은 리튬이온을 잘 이동시킬 수 있게하는 이온 전도도가 높은 물질이 주로 사용됩니다.

분리막은 양극과 음극을 물리적으로 분리하는 안정성 요소이며, 전해질이 합침될 수 있는 역할을 합니다. 배터리 내에서 양극과 음극이 직접 접촉 시, 도선을 통해 전류가 흐르지 않거나, 반응에 의한 화재에 대한 위험이 있습니다. 따라서, 분리막은 전해질과 반응성이 없고, 이온 통과가 가능한 수십 나노미터 크기의 미세 기공(pore)을 보유해야 합니다. 대표적인 분리막 소재로는 PE(Polyethylene) 혹은 PP(Polypropylene) 등의 고분자 수지가 사용됩니다. 주로 30~60%의 다공도와 10~20μm 두께의 소재가 사용되며, 공정에 따라 습식법(wet process)을 사용한 습식막과 건식법(dry process)을 사용한 건식막으로 구분됩니다.

2) 납축 전지

납축전지는 납과 황산을 이용한 2차전지로 1859년에 개발된 고전적인 2차전지입니다. 납축전지는 양극으로 쓰이는 이산화 납판과 음극으로 쓰이는 납판이 황산에 잠겨 있는 구조로 이루어져 있습니다. 납축전지는 개발된 지 150년이 넘었지만 가격대비 제조비나 성능이 우수하여 아직까지 사용되고 있으며 주로 자동차에 사용되고 있습니다.

주요 소재인 납이 인체에 납 중독을 일으키는 환경 유해 물질이므로 사용규제가 점점 심해지고 있습니다.

3) 니켈카드뮴 전지

니켈카드뮴 전지는 니켈과 카드뮴을 쓰는 2차전지로 휴대용 전자기기와 장난감에 널리 쓰이며 알칼라인 전지와 같은 1차 전지를 대신해서 사용되고 있습니다. 또한, 납축전지보다 무게에 비해 효율성이 높으며 수명이 길어 비행기의 시동을 거는 데에 쓰이고 전기 자동차에도 사용됩니다. 니켈카드뮴 전지는 과충전 및 과방전에 강하고 대전류에서의 방전 및 급속 충전에도 대응 가능하며, 방전 전압의 적은 변화를 가지고 있습니다. 주요 소재인 카드뮴이 인체에 이타이이타이 병을 일으키는 환경 유해 물질이므로 점차 사용이 감소되고 있습니다.

4) 니켈수소 전지

니켈 수소 전지는 양극활물질로 니켈, 음극활물질로 수소 흡장 합금, 전해질로 알카리 수용액을 사용한 전지입니다. 단위 부피당 에너지 밀도는 니켈카드뮴 전지에 비해 2배 가까운 에너지 밀도를 가지고 있어 고용량화가 가능하고 과방전, 과충전에 잘 견디며 급속 충·방전, 소형·경량화와 충·방전사이클 수명이 길어 500회 이상 충·방전이 가능하다는 특성을 가지고 있는 2차전지로 과거에는 니켈카드뮴 전지보다 자기 방전율이 1.5배 이상 높았으나 현재는 기술의 발전으로 니켈카드뮴 전지와 거의 동일한 단계까지 발전되었습니다. 니켈수소 전지는 리튬이온전지가 주로 사용되기 전에는 휴대폰, 소형 카세트 등 다양한 분야에서 사용되었으나 현재는 리튬이온전지로 대체되고 있습니다.

[2차전지 분류]

구 분	리튬이온 전지	납축전지	니켈카드뮴 전지	니켈수소 전지

개발시점	1990년대	1850년도	1950년	1950년대

작용전압	3.6V	1.9V	1.2V	1.2V

양극	LiMO2	PBO2	NiOOH	NiOOH

음극	C	Pb	Cd	MH

전해액	Li + 유기 용매	H2SO4	KOH	KOH

에너지 밀도	300Wh/L	70Wh/L	90Wh/L	200Wh/L

충전특성	급속충전	급송충전	초급속충전	급속충전

수명	1,200회	200~300회	1,000회	1,000회

안전성	낮음	우수	보통	보통

장점	경량, 고효율높은 에너지 밀도	수요처 다변화	급송방전(고출력)	높은 에너지 밀도

단점	저안정성	낮은 에너지 밀도,무거움	낮은 에너지 밀도,환경오염	메모리(전지용량 감소)효과 일부 발생

제조비용	보통	우수	보통	보통

주요 용도	휴대용 기기, ESS, 전기차	자동차/산업용	군용 Power Tool	HEV, 무선전화기

(2) 2차전지 제조 장비 개요

2차 전지 제조 공정은 크게 전극, 조립, 충방전(화성) 및 기타 공정으로 구성됩니다. 당사는 전극 공정 중 첫번째인 믹싱공정을 Turn-Key로 공급하는 사업을 주된 사업으로 영위하고 있습니다. 믹싱공정은 가루 형태의 활물질을 PHS(Powder Handling System)라는, 자체기술력으로 개발한 분체 이송 및 계량시스템을 이용하여 바인더, 도전재, 용매를 섞고, 특화된 믹서로 슬러리(Slurry)형태로 만들어주는 공정입니다. 믹싱 공정은 크게 다음과 같이 두 단계로 나뉩니다.

1) 우선 바인더 믹서를 이용하여 바인더 분체를 용매에 녹여서 바인더 용액을 제조한 후에 2) 메인 믹서에 해당 제조된 바인더 용액과 도전재 분체 및 활물질 분체를 정량으로 계량하여 투입 한후 Mixing하여 슬러리를 제조하며, 믹싱공정에서는 정량의 다양한 혼합물 재료 배합과 균일한 슬러리 조성 및 이물관리가 중요합니다. 믹싱장비의 기술 개발 중점은 시간당 Mixing용량 향상을 꾀해야 합니다.

[2차전지 제조 공정]

공 정	구 분	내용

전극 공정
(양극과 음극판을 만드는 공정)	믹싱	가루 형태의 활물질을 바인더, 도전재를 섞어 슬러리 형태로 만들어주는 공정

코팅	슬러리 형태의 양/음극 활물질을 극판인 알루미늄과 동박에 도포하는 공정

건조	코팅 장비 내에 설치되어 있는 히팅 오븐을 이용, 슬러리 내의 Solvent를 기화하는 공정

캘린더링
및 슬리팅	코팅이 완료된 전극을 압연기에서 압력을 가해 전극의 두께를 줄이고 밀도를 높이 후에 원하는 크기로 자르는 공정

조립 공정
(전극과 원재료를 가공 및 조립해서 완성품을 만드는 공정)	노칭	양/음극 탭을 제조하기 위해 무지부를 제거하는 공정

와인딩	양극판, 음극판, 분리막을 돌돌 말아 젤리롤 형태로 만드는 공정 (각형의 경우 원통형의 방식과 달리 각형 캔에 삽입되기 편하게 플랫 와인딩 형태로 진행 )

스태킹	코팅이 끝난 양극판, 음극판, 분리막을 쌓는 공정

패키징	완성된 젤리롤(포장되지 않은 배터리 셀)이나 스태킹에 의해 적층된 모노셀(분리막 사이에 두고 양극판과 음극판이 번갈아 있게 된 셀)들을 각 포맷에 맞게 포장하는 공정

화성 공정
(전기적 특성을 부여하는 공정)	활성화	조립된 배터리 셀에 전기적 특성을 부여하고, 결함 여부를 파악하는 마무리 공정 (주요 회사: 피앤이솔루션, 에이프로, 갑진, 비트앤와트, 한커)

에이징

EOL

기타	검사, 탈철, 자동화 장비 등

(3) 2차전지 제조 장비 산업 동향

국내 2차전지 장비 산업 초기에는 국내 2차전지 주요 제조업체들이 Main Mixer는 외산장비, 일부 공정 및 주변장비는 국산장비를 사용했습니다. 2012년도 당사와 삼성SDI와의 공동개발로 Main Mixer를 내재화하여 세계최초이자 최대용량인 PD MIXER 1300L, 2300L를 개발하여 Main Mixer 양산화에 성공하게 되었습니다. 이후 본격적으로 주요 제조업체의 활발한 투자가 진행되었고, 국산화가 진행된 덕분에 국내 2차전지 장비 산업은 빠르게 발전할 수 있었으며, 제조 수준 및 기술력도 세계 최고 수준으로 평가받게 되었습니다.최근 2차전지 산업의 성장 가능성과 제조업체들의 본격적인 투자로 다수의 장비업체도 시장에 진입하고 있으나, 당사를 비롯한 국내 업체들과의 기술격차는 여전히 존재하고 있습니다. 당사는 구조해석 프로그램을 활용하여 설계근거에 대한 레퍼런스를 확보하고 있으며, 세계 최대 믹싱 전문 R 센터를 준공하여 관련된 원천 기술들을 연구하고 이를 자사의 제조 프로세스, 장비, 프로그램에 응용함으로써 고품질의 경쟁력있는 제품으로 대응하고 있습니다. 또한 시대에 발맞춰 스마트팩토리 실현을 위해 IoT, AI, AR System을 활용한 제조 솔루션, 시스템 자동화 등 연구개발에 경주를 다하고 있습니다.최근 메이저 2차전지 제조업체들이 증설을 진행하며 장비 업체들이 성장할 수 있는 환경이 조성되었습니다. 올해 글로벌 2차전지 업체들의 CAPA는 전년대비 18.9% 증가한 1,215GWh 수준으로 전망됩니다.

[2차전지 제조업체 CAPA 추이 및 전망]
(단위: GWh)

공급사	2018	2019	2020	2021E	2022E	2023E	2024E	2025E

1	LGES	31	113	142	165	189	216	246	261

2	CATL	30	43	69	109	130	158	209	234

3	BYD	21	40	50	80	104	114	116	118

4	SDI	13	24	35	44	50	69	79	109

5	Tesla	-	15	20	60	75	105	105	105

6	SK온	4	5	28	45	65	93	98	103

7	Panasonic	51	64	70	70	78	78	78	78

8	NorthVolt	-	-	-	-	24	32	48	64

9	CALB	11	11	15	29	30	45	50	60

10	Farasis	5	22	50	50	50	56	60	60

11	Lishen	22	28	29	34	49	52	52	52

12	Svolt	-	-	2	5	10	15	25	45

13	EVE	12	26	34	37	38	39	40	41

14	Guoxuan	12	21	30	35	35	35	35	35

15	Sunwoda	2	2	8	8	18	18	30	30

16	Others	124	176	220	251	270	301	332	364

합계	337	591	801	1,022	1,215	1,425	1,602	1,759

출처) SNE Research(4) 2차전지 제조 장비 산업 특성

1) 장기간 고성장 예상되는 산업

전방산업인 전기차와 ESS 에너지 저장장치의 고성장이 예상되고 있어 국내외 2차 전지 제조업체의 설비투자가 지속적으로 증가될 것으로 예측되고 있으므로, 2차 전지 제조 장비산업도 장기간에 걸쳐 고성장이 예상됩니다.

2) 주문생산으로 대기업 진입이 어려운 산업

2차 전지 장비산업은 고객인 2차전지 제조업체의 요구에 따라 100% 특정 고객에게 특화된 제품을 제작하여 공급하는 수주산업이므로 대량생산 체제를 갖춘 대기업에는 적합하지 않은 산업입니다. 따라서 대기업의 진입장벽이 높은 중소.중견기업형 산업이라고 할 수 있습니다.

3) 기술적 진입장벽이 있는 산업

2차전지 제조장비는 고객의 Needs에 맞추어 고객과 공동으로 기술개발을 하는 경우가 많습니다. 2차전지 제조업체인 고객은 원가절감을 위하여 대용량 생산이 가능한 설비를 요구하므로 2차전지 제조장비의 규모 및 운용효율이 높은 장비의 개발이 필요한 산업입니다. 따라서 특정 2차전지 제조 고객과 장비 공급업체가 함께 연구개발 및 설비개선을 지속적으로 진행하는 경우에는 타사가 진입하기 어려운 기술적 진입장벽이 있는 산업입니다.

4) 국가 핵심전략산업

2차전지는 전기차 산업의 성장, 에너지 저장 기술의 중요성, 산업 경쟁력 강화, 환경 및 에너지 관련하여 현대 산업에 핵심적인 역할을 하는 국가 핵심 전략산업 중 하나입니다. 글로벌 시장조사 업체 BNEF에 따르면 글로벌 전기차 판매량은 2023년 1400만대에서 2024년 1,670만대를 기록할 것으로 전년 대비 19% 예상하고있습니다. 전세계적으로 중대형 2차전지를 대량 생산할 수 있는 업체는 국내 2차전지 3사와 일본 파나소닉 등에 불과했던 만큼 이들 기업이 빠르게 성장하고 있습니다. 특히 유럽과 중국 등지에 일찍이 생산 거점을 확보한 한국 기업들은 공격적인 투자로 점유율을 빠르게 끌어 올렸습니다. 2차전지 3사의 합산 점유율은 2021년 55.7%, 2022년54.1%로 감소 중이나 유럽과 북미지역 증설을 바탕으로 향후 반등할 것으로 예상하고 있습니다.