<2023> 배터리 열화의 완화/예측/진단 기술 및 업체 동향 (재사용 진단 & 급속충전 기술 중심)
배터리의 열화는 배터리의 성능 저하의 근본 원인입니다. 특히 고용량 및 고출력의 배터리일수록 그 만큼 심각한 열화에 의한 배터리 성능 저하가 악화되기 때문에 이 열화에 대한 깊은 이해가 필요합니다.
현재 이를 기반으로 기술개발 및 시장이 형성되어 있는 분야는 폐배터리 진단 분야와 급속충전 분야로 볼 수 있습니다.
폐배터리의 재사용 과정에는 진단기술이 필수인데, 여러 OEM 사에서는 몇 년 전부터 폐배터리 재사용을 통한 사업을 진행해 왔으며, 여러 기업들도 폐배터리 Reuse Application을 활용한 신사업을 준비하고 있는 실정입니다.
또한, EV가 기존의 휘발유/디젤 엔진 차량의 시장 점유율을 넘어서려면 상당한 배터리 수명과 짧은 충전시간, 즉 급속충전이 필수입니다. 이는 배터리·EV 시장이 급격하게 확장될 수 있는 근본적 Needs로서, 이를 위해선 혹독한 조건에서의 열화 완화/억제 기술이 필수입니다.
본 리포트에서는 11장으로 나누어 내용을 기술했습니다. 1~3장에서는 배터리 열화 이해 기반 기술의 필요성 및 열화에 관한 기본 지식, 4~5장에서는 열화의 원인 및 결과, 6~7장에서는 열화 완화 전략 및 열화 진단/예측 기술에 대해 기술하였으며, 8~9장에서는 관련 업체의 글로벌 현황과 관련 산업의 시장 현황 및 전망, 10~11장에서는 특허 및 최신 기술에 대해 기술했습니다.
이렇듯 이번 ‘배터리 열화의 완화/예측/진단 기술 및 업체 동향 ’ 리포트에서는 이러한 위기 속 기회를 잡기 위해 배터리 열화에 대한 이해도를 높이고자 관련 내용을 심도있게 다루었으며, 열화를 완화하는 전략과 열화를 진단/예측하는 다양한 기술들을 소개했습니다. 또한 국내외 업체, 시장 및 업계 동향, 그리고 특허와 주목할 만한 기술들을 자세하게 제공해드립니다.
<세부 목차>
1. 개요
1.1. 기술 경쟁 심화
1.2. 사후 관리 이슈
1.3. 환경 오염 이슈
1.4. 급속 충전 이슈
2. 리튬 이온 배터리
2.1. 구성요소
3. 열화 (DEGRADATION)
3.1. 열화란?
3.2. 열화 메커니즘
4. 소재
4.1. 양극
4.1.1. 양극 소재에 따른 열화
4.1.2. 열화 악화/완화 요인
4.1.3. 열화 결과
4.2. 음극
4.2.1. 음극 소재에 따른 열화
4.2.2. 열화 악화/완화 요인
4.2.3. 열화 결과
4.3. 전해질
4.4.
INACTIVE 물질 열화 (바인더, 집전체, 분리막, 구성품 등)
4.5. 기타 열화 요인 (AGING 조건, 환경 온도, 배터리 설계, 사용자
등)
4.6. 열화 메커니즘 간 연계 시나리오
4.6.1.
Positive-feedback 시나리오
4.6.2.
Negative-feedback 시나리오
5. 셀 열화 결과
5.1. 성능 저하
6. 배터리 열화 완화 전략
6.1. 활물질 소재 개선 방안
6.1.1. 양극 활물질
6.1.2. 음극 활물질
6.1.3.
SEI
6.2. 충전 기법
6.2.1. 정전압 충전법 (constant voltage; CV)
6.2.2. 정전류 충전법 (constant current; CC)
6.2.3. 정전류/정전압 충전법
(CC-CV)
6.2.4. 정전력 충전법 (constant power; CP)
6.2.5. 정전력/정전압 충전법
(CP-CV)
6.2.6. 부스트 충전법
6.2.7. 전류감쇠 충전법 (varying current decay; VCD)
6.2.8. 다단계 정전류 충전법 (multistage constant
current; MCC)
6.2.9. 펄스 충전법
6.2.10. 트리클 충전법
7. 배터리 열화 진단/예측 기술
7.1. 열화모드 별 분석 기법
7.1.1. 활물질 구조적 변화 및 분해 분석
7.1.2. 입자파괴 분석
7.1.3.
SEI 층 성장 분석
7.1.4.
Li plating 분석
7.2. 전기화학적 분석 기법
7.2.1. 셀 전압 및 용량 분석
7.2.2. 저항 분석
7.3. 비 모델 기반 분석
7.3.1. 배터리 내부 요인 진단
7.3.2. 배터리 외부 요인 진단
7.4. 모델 기반 분석
7.4.1. 모델 종류
7.4.2.
SEI 층 성장
7.4.3.
Li plating
7.4.4. 양극 구조 변화 및 분해
7.4.5. 입자 파괴
7.4.6.
Silicon additives
7.5. 머신러닝/인공지능 활용 진단 및 예측
7.5.1.
ML/AI 활용 진단 기술 배경
7.5.2. 성능 및 안전성 예측
7.5.3. 열화 및 수명 예측
7.5.4.
On-line 추정 기술
7.6.
Post-Mortem 분석
7.6.1. 셀 분해 시 주의점
7.6.2. 셀 개봉 절차 및 구성 요소 분리 방법
7.6.3.
Physical 분석 기술
7.6.4.
Chemical 분석 기술
7.6.5. 열 안정성 분석
8. 배터리 열화 관련 업체
현황
8.1. 한국 (20개 기업)
8.2. 북미 (15개 기업)
8.3. 유럽 (5개 기업)
8.4. 일본 (5개 기업)
8.5. 중국 (10개 기업)
8.6. 그 외
9. 시장 현황 및 전망
9.1. 급속 충전기
9.1.1. 글로벌 시장 현황
9.1.2. 급속충전기 미국 시장 전망 (2021 – 2030)
9.1.3. 미국 주요 도시 별 현황
9.1.4. 한국 지역별 급속 충전기 현황
9.2. BMS
9.2.1.
BMS 글로벌 시장 전망
(2021 – 2030)
9.2.2.
EV 모델 별 BMS 공급
업체 (2012 – 2024)
10. 배터리 열화 억제/진단 관련 기술 특허 (2017–2021)
10.1. 국내 특허
11. 열화진단 관련 최신 기술
11.1.
CHARGE TRANSFER 저항 거동 분석
11.2. 온도 불균일성에 따른 LOCAL LI PLATING 분석
11.3. IR
DROP 분석
11.4.
INCREMENTAL CAPACITY 분석
11.5.
DIFFERENTIAL VOLTAGE 분석
11.6. 급속충전 조건 흑연계 음극계면 분석
11.7. 음극 코팅재 개발 및 임피던스 분석
12. 참고 문헌