이수스페셜티케미컬 Phase 3.0: 황화리튬의 성장동력원 확보

이수스페셜티케미컬은 정밀화학의 단단한 이익 기반으로 신규사업을 전개 중
2024년 이수스페셜티케미컬은 이수엑사켐을 흡수합병하며 이익 창출력을 강화, 안정
적 이익 창출능력으로 황화리튬의 신규 사업을 전개할 예정이다. 전고체 전지 로드맵
에 맞춰 황화리튬 사업전개를 진행하는 동사의 기업가치 상향 가시성을 주목한다.
전고체, 배터리 기술 로드맵의 진화: 에너지 및 안전성 추가 개선
배터리는 에너지, 안전성, 가격, 수명 등을 기준으로 개선된다. 최근 광물 가격/제조원
가의 Cost Curve는 하향 안정화 중이다. 이에 Application 관점에서 배터리는 에너지
성능과 안전성에 주안을 두고 진화 중이다. 리튬이온(LiB) 대비 전고체는 고체 전해질
을 사용하여 화재 Risk를 최소화한다. 중장기 관점에서 높은 에너지/안전성을 갖춘 전
고체 전지의 시장 개화를 예상한다.
전고체 전지 양산을 위한 선행 기술 개발, 동사의 황화리튬 사업가치 ↑
국내 배터리 기업들은 황화물계 전고체 전지 양산에 초점을 두고 있다. 2027년 삼성
SDI, 2030년 LG에너지솔루션을 필두로 신규 시장이 창출될 전망이다. 안정적 공급망
확보 관점에서 전고체 배터리 양산을 위한 신규 공정 및 소재 기술 개발이 선행 중이
며, 기업간 공동 연구개발이 한창이다. 고체 전해질(에코프로비엠, 롯데에너지머티,
Solid Power 등)의 핵심 원재료 ‘황화리튬’을 생산하는 기업들(이수스페셜티케미컬 등)
은 잠정 고객사들과의 연구개발 MOU 체결 등 신규 시장 수요에 대응 중이다. 당사는
이수스페셜티케미컬의 황화리튬 사업 경쟁력 우위를 전망한다. 이는 (1) 황화리튬 양산
에 핵심인 황화수소 대량 생산 기술력, (2) 황화리튬 순도/입도 조절 기술력, (3) 공정
효율성(불순물 최소화)으로 고순도 황화리튬 양산 가능으로 경쟁사 대비 원가 경쟁력을
확보 가능한 점이다. 동사의 황화리튬 사업 경쟁력에 기반한 중장기 기업가치 상향의
재평가를 주목한다. 2023년 이수화학에서 분할된 이수스페셜티케미컬
이수스페셜티케미컬은 2023년 5월 1일 이수화학에서 인적분할되어 Kospi에 상장
되었다. 사업구조 개편으로 기존 법인 이수화학은 LAB, NP, BAB 등의 석유화학사
업 영위한다. 신규 법인 이수스페셜티케미컬은 정밀화학군(TDM, IPA, NOM,
NDM, D-Sol) 및 전고체 전지 소재(Li2S, 황화리튬)를 주요 사업으로 추진한다.
신설법인 이수스페셜티케미컬은 기존 정밀화학군의 안정적 이익창출능력과 황화
물계 전고체 전지 원재료 ‘황화리튬’ 생산으로 중장기 신규 성장동력을 확보하고
자 한다. 정밀화학의 묘미: 석유화학의 Cycle의 한계를 극복가능한 영역
전통 석유화학 산업의 흐름을 상징하는 단어가 Cycle이다. 석유화학 업체들의 업
황은 ‘호황→ 전환기→ 불황→ 전환기→ 호황’으로 반복되는 의미다. 호황 2~3년,
불황 2년으로 한 Cycle당 4~5년을 주기로 반복해왔다.
Cycle 발생의 원인은 무엇일까? 원재료 및 제품 조달의 공급과 최종 수요의 시차
에서 발생된다. 생활소재, IT/가전제품, 의류, 자동차, 주택 등 내구재 수요가 회복
될 시기에 맞춰 석유화학 설비가 완공되어 공급된다면, 산업의 상승과 하강의 변
동성 문제가 발생하지 않을 것이다. 하지만, 석유화학 산업은 자본 집약형 산업으
로 기업들의 현금 여력이 갖춰진 호황 국면에 신규 투자 의사결정이 집중된다. 신
규 설비 착공 후 완공까지는 2~4년이 소요된다. 해당 시기가 내구재용 소비가 감
소하는 시기와 유사하여 이후 화학제품의 공급과잉이 발생된다. 관련 기업별의 매
출급감, BEP 수준으로 급락하는 수익성 악화가 발생하며 석유화학 산업의 불황기
에 접어든다.
현재 국내 전통 석유화학 기업들의 경쟁력 우려가 가중되나, 정밀화학(Fine
Chemical) 영역은 상대적 우위를 점할 수 있다. 정밀화학은 특정된 수요 및 고객
사향 기술집약적, 고부가 화학 제품 영역을 통칭한다. 기술 장벽이 갖춰진 석유화
학 첨가제, IT, 의약품 등 높은 이익률 창출이 가능한 제품군들이다.
이수스페셜티케미컬은 이수화학과의 인적분할 전 정밀화학 사업을 담당했다. 지난
4개년 정밀화학부문의 평균 이익률은 9% 수준의 안정적 이익률을 창출하고 있다.
기존 이수화학 석유화학부문과의 생산 시너지가 큰 장점이다. 석유화학에서 발생
된 부산물 등을 활용하여 원가 절감 및 안정적 원재료 조달 능력이다. 동사의 주
요 제품은 IPA, D-Sol, TDM 등이다. 주력 Cash-cow는 TDM이며, 전방 수요는
ABS/SBR 생산공정에 분자 조절을 위한 첨가제로 소비된다. 석유화학 시황 부진
에도 불구, 여전한 중국 중심의 ABS 생산Capa 증가와 국내/외 SBR 생산 기업들
의 높은 가동률 유지에 동사의 TDM 사업군은 매력적이다.
24.4월 기존 이수그룹의 판매 전문 계열사이던 이수엑사켐은 이수스페셜티케미컬
에 흡수 합병되었다. 이수엑사켐은 정밀화학 사업 활성화 및 판매를 목적으로 설
립된 회사이다. 계열사 흡수합병을 통해 동사의 단단해지는 영업실적이 예상된다. 배터리, The Next: 전고체 전지
리튬이온 배터리(LiB)는 주요 소재(양극, 음극, 분리막, 전해질)로 구성되어 있다.
배터리 충/방전은 양 극에 위치한 리튬이온은 전해질을 통해 양극 및 음극을 이동
하며 이뤄진다. 대상 수요 시장(Application) 다변화(소형/IT, ESS, EV 등) 및 경
제성 확보 관점에서 배터리는 성능(에너지 밀도/용량), 안전성, 가격, 수명 등에
초점을 두고 진화를 거듭하고 있다. 국내 배터리 기업들은 삼원계 기반 고성능 에
너지 및 장수명에 초점을 두고 배터리 Chemistry를 개발해왔다.
국내 배터리 생산기업들은 니켈 함량을 높여 에너지 용량/밀도를 개선시키는 방향
성에 초점을 두고 양산능력을 높여왔다. 하이니켈 양극재 기반 배터리는 긴 주행
거리를 확보 가능 or Pick-up 트럭 등 높은 전력량을 소모하는 Premium 전기차
등에 탑재된다. 배터리의 에너지 용량 개선(최대 250wh/kg)에 전기차 주행거리
증가 등의 성능 개선은 여전히 현재 진행 형이다. 전기차를 시작으로 UAM/해운
등 Mobility 전 영역에 배터리가 탑재될 가능성이 높아, 에너지 용량의 추가 개선
(700wh/kg 이상) 또한 필요하다.
관건은 배터리 안전성이다. 현재 리튬이온 배터리는 액체 전해질을 채택 중이다.
액체 전해질 특유의 가연성은 외부 충격에 따른 전해질 유출에 따른 발화 또는 내
부 열폭주(TP, Thermal Propagation) 발생에 잠재적 화재 Risk는 여전하다. 국내
/외 배터리 업계의 차세대 Chemistry 연구개발이 활발해지는 배경도 성능과 안전
성이 담보된 신규 배터리 양산을 위함이다. 현재 삼원계/인산철→ 반고체(고체와
액체 중간 형태의 전해질 사용)→ 전고체(100% 고체 전해질 사용)로 한국/일본/
미국/중국 등에서 활발한 연구개발 중이다. 한국과 일본의 배터리 업계는 전고체
전지, 중국 Nio, BYD 등은 반고체 전지 양산에 우선순위를 두고 있다.
전고체 전지는 전해질 Chemistry에 따라 (1) 무기 고체 전해질(Inorganic SEs):
황화물계(Sulfies), 산화물계(Oxides), Halides 등, (2) 고분자 전해질(Polymer
Electrolytes): 겔 폴리머(GPE), 고체 고분자(SPE)로 구분된다. 고체 전해질에 핵
심 Spec. 기준은 (1) 높은 이온 전도성, (2) 공정 효율성 및 생산원가, (3) 산화 안
정성 확보이다. 황화물계는 높은 이온 전도성 특성에 국내 배터리 업계가 양산 우
선순위를 두고 있다. 24.9월 기준 국내 배터리 기업들의 전고체 전지 양산 계획은
2027년 삼성SDI의 황화물계 전지, LG에너지솔루션의 고분자계(일정변경 가능성)
→ 2029년 SK On의 황화물계 전지→ 2030년 LG에너지솔루션의 황화물계 전지이
다. 이차전지의 새로운 축, 전고체 전지
전고체 전지 상용화에 다소 비관적 전망이 우세하다. 결국 원/소재 공급망, 경제
성, 명확한 Application 등이 확보될 필요가 있겠다. 현재는 시장 개화를 위한 준
비 단계이다. 2030년 예상 국내 배터리 3개사의 황화물계 전지 생산규모는 최대
50Gwh, 침투율 기준 0.9% 수준으로 추정한다. 결국 2030년 이후 개화될 시장이
다.
성장 기대감은 여전히 높아
현재 높은 생산 원가, 불확실한 Application 등에 전고체 전지 시장 개화에 대한
우려는 여전하다. 그럼에도 국내 삼성SDI 주도의 황화물계 전고체 전지 양산 일정
(2027년 예상)에 변함이 없고, SK On, LG에너지솔루션 등이 순차적으로 양산 예정
이다. 전방 고객사들의 양산규모 증가에 따른 점진적 생산원가 하락, Application
다변화(자율주행에 따른 고성능 전기차용 배터리 탑재사례 증가, UAM 등) 등은
긍정적 요인이다. 장기적 시각에서 전고체 전지 성장성에 관련한 Supply-chain들
의 신규 성장동력원이 가시화되겠다. 황화물계 전고체 전지, 높은 이온전도성과 연성으로 고용량 전지에 적합
국내 배터리 업계가 주목하는 황화물계 전해질은 기존 상용화된 액체 전해질 수
준의 높은 이온 전도성에 전고체 소재로 채택 예정이다. 또한 높은 유연성 및 기
계적 강도는 냉간 압축을 통한 성형력으로 낮은 계면 저항으로 양 전극과 전해질
과의 접촉이 용이하다.
황화물계 쩐고체 전지의 강점
전고체 배터리는 양산을 위해 신규 공정과 관련 소재에 선행 기술 개발이 이뤄져
야한다. 삼성SDI의 2027년 전고체 전지 첫 양산 일정을 고려하면 기존 삼원계 대
비 높은 가격의 고체 전해질 소재, 신규 생산 설비 구축에 투잡지 등 기존 배터리
Chemistry 대비 생산원가 부담이 상존한다. 황화물계는 수분 안정성은 낮은 편이
다. 그럼에도 높은 전기 전도성과 도핑 공정으로 단점을 보완하는 결정 구조를 갖
고 있어 전고체 전지에 주력 Chemistry로 자리매김할 가능성이 높다.
양산 가격 및 기술력이 관건
황화물계 전지 양산 이전 기술 Bottle-neck은 (1) 저가형 황화리튬(원가 및 대량
양산능력), (2) 황화물계 고체 전해질 대량 양산능력(대면적화 기술), (3) 전극계면
제어 기술력(전지 저항을 낮춰 장수명 특성 극대화)으로 판단한다. 그 이후 경제
성 및 대량 양산 가시성이 확보된 이후에 Supply-chain 확보 움직임이 가시화되
겠다. 핵심 원재료는 황화리튬과 고체 전해질이다. 핵심 원재료 ‘황화리튬’
황화리튬의 제조공정은 ‘황화수소(H2S) 합성공정→ 황화수소 분리 및 액화공정→
수산화리튬 전처리 공정→ 황화리튬 합성/반응→ 황화리튬 정제공정’으로 이뤄진
다. 이수스페셜티케미컬 등의 황화리튬 생산기업들은 원재료 수산화리튬을 안정적
조달, 황화수소 처리능력, 황화리튬 고순도/고른 입자 분포/입자 크기 등으로 고
체 전해질 합성에 최적화된 Spec.을 확보해야한다.
황화수소 합성은 고순도 수소가스(H2)를 촉매와 함께 반응기에 투입하여 황화수
소를 합성한다. 이후 황화수소를 분리(기체와 유황), 이후 황화수소를 액화하여 순
도를 높인다. 이수스페셜티케미컬은 해당 공정에서의 수소를 자체 반응시키는 공
정을 보유, 잉여 수소를 분리하는 단계를 생략하여 비용 절감이 가능하다. 이후
건조된 수산화나트륨으로 황화리튬과 합성하여 순도 및 입자를 조절한다. 동사는
불순물 최소화가 가능한 공정 설계로 고순도 황화리튬 제조가 가능하다. 이수스페셜티케미컬의 황화리튬 사업 현황
이수스페셜티케미컬은 2020년 전고체 전지 원료 기술 개발의 국책과제에 참여하
였다. 해당 프로젝트에 참여한 기업들은 배터리 셀(삼성SDI), 자동차(현대차), 전
해질(에코프로비엠, 롯데에너지머티 등)이다. 잠정 고객사 삼성SDI는 2027년 황화
물계 전지 양산일정에 변함이 없어, 관련된 Supply-chain 기업들의 선행 연구개
발이 가속화되는 모습이다.
이수스페셜티케미컬은 현재 국내/외 고체 전해질 생산기업들과 기술개발 MOU 체
결(협력사: 에코프로비엠, 롯데에너지머티, 희성촉매, Solid Power 등), 단계별 기
술 검증이 마무리되며 Demo-plant 또한 증가 중이다. 최종 고객사의 구체적 대량
양산규모(생산Capa) 및 Spec.이 확정되지 않았다. 현재 기준 동사를 비롯한 잠정
전고체 Supply-chain 기업들의 대규모 투자 확정 여부와 관련한 손익 가이던스
제시는 어렵다. 향후 잠정 고객사들의 대규모 양산투자 일정에 선제적 대응을 위
해 동사는 미국 KBR과의 상업공정 공동개발로 대규모 증설에 필요한 요소들을
점검 및 검토 중이다.
당사는 황화리튬 분야 이수스페셜티케미컬의 사업 경쟁력 우위를 판단한다. 해당
배경은 황화수소 제조 능력, 고순도 황화리튬 및 입도 분포/크기 등의 조절 기술
력을 보유한 점이다. 동사의 황화수소 사업 경쟁력이다. 이수스페셜티케미컬의 황화리튬 사업경쟁력 점검
황화리튬은 황화물계 전고체 전지의 핵심 원재료에 해당한다. 장기적 관점에서 전
고체 전지의 절대 탑재량이 증가한다면 원재료 황화리튬 또한 Commodity화 될
가능성이 높다. 단, 2027년 황화물계 전지 초도 양산일정을 고려하면 현재 황화리
튬-고체 전해질 등은 극 초기시장(Early Stage)에 해당된다. 궁극적으로 최종 고
객사와의 Supply-chain에 최종 확정될 수 있는 생산기업들의 사업가치가 재평가
되겠다.
이수스페셜티케미컬은 중장기 전고체 전지 수요에 선제적 대응을 위해 2024년 현
재 370톤의 Demo Plant를 구축했다. 황화물계 소재는 수분 안정성이 낮아 대량
양산을 위해서는 건식 공정 도입이 필요, 낮은 습도와 부식 이슈 등이 해결되어야
한다. 황화물계 업계는 습식(액상) 합성공법으로 최초 연구를 개시, 중장기 건식의
신규 공정을 도입할 계획이다. 황화리튬 양산 기술 관점에서 동사의 경쟁력 우위
배경은 (1) 황화수소 제조 능력, (2) 고순도 황화리튬 및 입자 조절 능력이다.
동사는 유독가스로 분류되는 황화수소 사업 허가 및 생산 노하우를 보유 중이다. 특
히 황화수소 제조공정에서 잔여 수소를 모두 소진, 추가 분리 단계를 생략하여 원가
절감이 가능하다. 상대적으로 낮은 단가의 황황리튬 제조가 가능할 전망이다.
또한 고순도 및 고른 입자 등으로 고품질 황화리튬 생산이 가능하다. 이는 불순물
을 최소화(황화수소 및 수산화나트륨)하여 고른 입자 분포, 입자 크기, 고순도의
황화리튬 양산이 가능한 제조능력을 준비 중이다. 황화물계 전지의 난관은 결국 가격, 황화리튬 또한 가격 낮아져야
전고체 전지 상용화까지의 경제성 확보가 관건이다. 24.9월 현재 주요 광물 가격들
의 약세 지속, 삼원계 배터리 가격 하락 진행에 경제성은 이미 확보되었다. 현재
알려진 황화리튬의 가격은 약 12,000$/kg이다. 향후 50$/kg 이하로 하락해야 경
제성이 확보되겠다.
이수스페셜티케미컬의 2030년
황화리튬 매출액 추정 975억원
이수스페셜티케미컬의 현재 황화리튬 생산 규모는 370톤이다. 중장기 생산capa
계획은 공개된 바 없으나, 국내/외 고객사들의 생산일정 등을 고려한 추정 생산규
모는 2035년 2.0만톤 규모이다. 현재 뚜렷한 황화리튬의 시장 거래가격은 부재하
다. 단, 업계추정 경제성 확보를 위한 가격 수준은 50$/kg 이하의 하락이 필요하
다. 중장기 판매단가 하락을 고려한 동사의 매출액 추정은 2030년 975억원, 2033
년 3,600억원, 2035년 1.1조원이다. 사업 성과 도출까지의 시계열이 긴 편이나, 장
기 관점에서 정밀화학에 치중된 사업구조에 재전환이 가능한 신규 사업이다.