<2025> 리튬이차전지 Si-Anode 기술 현황 및 전망 (~2035)
리튬이차전지의 음극활물질은 현재까지 주로 탄소재가 사용되고 있으며, 초기에는 비정질 탄소계를 많이 사용하였으나 지금은 천연흑연과 인조흑연을 주로 사용하고 있다. 최근에는 흑연 재료의 이론용량 한계를 극복하고 전기화학적 반응 전위 및 수명이 우수한 재료를 개발하기 위하여 Si계 음극소재를 중심으로 한 새로운 음극 재료들이 적극적으로 고려되고 있다. 전기자동차용 및 ESS용 중대형 배터리 시장에서 고용량 음극 소재의 필요성이 더욱 증가하면서 기존에 쓰이던 탄소계, 흑연계 음극재 중심에서 최근에는 특히 금속복합계인 실리콘(Si)계 음극재가 업계의 주목을 받고있으며, 이 소재를 확보려는 경쟁이 치열해지고 있다. 이와 관련하여 실리콘 음극재를 개발하고 양산하려는 신규 진입 업체들도 계속해서 증가하고 있다.
Si계 고용량 소재는 2020년 초에는 10~20개 업체에서만 주로 개발하고 있었으나, 현재는 120여개 이상 업체들이 개발 및 양산 준비를 하고 있다. Si계 소재는 향후 전기차의 주행거리 극복을 위한 고용량 전지개발 및 급속충전 요구사항을 만족하기 위해서는 필수적으로 개발되어야만 하는 소재이며, 전기차 OEM 및 배터리 업체들은 차세대 실리콘 음극재 적용을 확대하고자 한다.
실리콘 음극재는 2035년까지 연평균 30%의 성장률이 예상된다. 전체 음극재 시장에서 실리콘 음극재의 비중은 무게기준 2019년 1%에서 2030년 4%, 2035년 6%까지 확대할 전망이다.
탄소계, 흑연계 외에 리튬 이차전지 고용량 음극 소재로 Si-C composite, Si-alloy, SiOx 가 대표적이다. 그 중 SiOx 와 Si-alloy 는 가장 상품화에 근접되어 있으며, 일부 전지 메이커에서 전지에 적용하여 고용량 전지를 개발 중에 있으나, 아직까지 수명, 부피팽창(Swelling) 등의 문제가 있어 이를 개선하기 위한 노력을 진행 중이다. 실리콘(Si)계 음극 관련하여 최근 업계와 학계의 관련 기술 개발 발표가 잇따르고 있고, 음극 소재 업체들도 신규기술 개발에 집중하며 머지 않아 상용화가 기대되고 있다.
본 보고서는 최근 이슈가 되고 있는 xEV, ESS, IT용 리튬이차전지의 음극재 시장 뿐 아니라 고용량 전지개발을 위한 Si계 음극개발 동향 및 성능향상에 대한 기술적 보고서로, 특히, Si계 고용량 음극[Si-alloy, SiOx, Si-C composite]소재 및 Pure Si 소재, Si계 음극소재용 바인더/ 집전체 기술 동향 및 복합 음극소재의 업체와 학계의 최신 개발 현황과 이를 적용한 전지의 상황 및 문제점 그리고 이를 개선할 수 있는 idea를 제공함으로 향후 고용량/고출력 전지 개발에 도움을 드리고자 한다.
본 보고서의 Striong Point
① 리튬이차전지 음극재의 전체적인 시장 M/S 및 기술 현황 (흑연계, 실리콘계 포함)
② 고용량 Si계 음극소재 및 pure Si 기술 이슈 및 핵심 요소 기술 정리
③ 배터리사의 최신 Si계 음극소재의 기술 개발 동향
④ 향후 Si계 음극소재의 응용 분야 및 상용화 전망
⑤ 글로벌 120여개의 실리콘 음극 업체 개발 현황 및 주요 제품 소개 (기술별 분류)
⑥ Si계 음극소재용 바인더/ 집전체 기술 소개
⑦ 지역별, Application별, 종류별 Si 음극재 상세 가격 동향 파악
- Contents -
1. 기술 동향
Chapter Ⅰ. 리튬이차전지 개요 12
1-1. 리튬이차전지 역사 13
1-2. 리튬이차전지 종류 및 특징 18
1-3. 음극재 기술 현황 및 개발 Trend 23
Chapter Ⅱ. 리튬이차전지 음극소재 종류 및 특징 35
2-1. 리튬이차전지 음극소재 요구특성 및 종류 36
2-2. 탄소계 음극소재 특성 39
2-3. 금속계 음극소재 특성 62
2-4. 화합물계 음극소재 특성 83
Chapter Ⅲ. 고용량 Si계 음극소재 기술개발 현황 93
3-1. 고용량 리튬이차전지 개발 이력 및 방향 94
3-2. 고용량 Si계 음극소재 기본 특성 102
3-3. 합금계 음극재의 문제점 및 해결 방안 118
3-4. 고용량 Si계 음극소재 기술개발 동향 (SiOx, Si-C, Si Alloy ...) 154
3-5 Si계 음극소재용 바인더/ 집전체 기술 239
Chapter Ⅳ. 고출력 Si계 음극소재 기술개발 현황 249
4-1. 고출력 음극재의 개요 250
4-2. 고출력 급속충전용 음극소재 251
4-3. 음극 관점에서 급속 충전 265
4-4. 급속충전 복합음극소재 개발 282
Chapter Ⅴ. 차세대 실리콘 음극소재 기술 이슈 및 개발 동향 288
5-1. SiOx 289
5-2. Si-C 297
5-3. Pure Si 306
5-4. 셀 전극 디자인 설계 및 주요 특성 315
5-5. 주요 메이저 업체 실리콘 음극 특허 출원 동향 322
2. 시장 전망
Chapter Ⅵ. 리튬이차전지 수요 전망 Outlook (’21~’35) 332
6-1. 사용량 vs. 출하량 vs. 생산량 Outlook 333
6-2. Application별 이차전지 사용량(Installation) Outlook 336
6-3. Application별 이차전지 출하량(Shipment) Outlook 337
6-4. Application별 이차전지 생산량(Production) Outlook 338
Chapter Ⅶ. 리튬이차전지 음극 소재 수요 현황 (’21~’35) 339
7-1. Application별 음극재 수요 현황 342
7-2. 소재별 음극재 수요 현황 343
7-3. 지역별 음극재 수요 현황 344
7-4. 공급업체별 음극재 수요 현황 345
7-5 LIB 업체별 음극재 수요 현황 353
Chapter Ⅷ. 리튬이차전지 음극 소재 공급 현황 (’21~’35) 356
8-1. 음극재 전체 Supply 현황 및 Outlook 357
8-2. Application별 음극재 공급 현황 및 수급 전망 368
8-3. 소재별 음극재 공급 현황 및 수급 전망 369
8-4. 지역별 은극재 공급 현황 및 수급 전망 372
8-5. 실리콘 음극재 수급 전망 종합 정리 373
Chapter Ⅸ. 리튬이차전지 음극소재 가격 전망 377
9-1. 음극재 가격 구조 (NG/AG/Si계) 378
9-2. 음극재 가격 동향 (NG/AG/Si계) 394
9-3. 지역별, 종류별, Grade별 가격 현황 (Low / Medium / High) 397
9-4. 음극재 업체별 가격 전망 399
Chapter Ⅹ. 실리콘 음극소재 가격 전망
10-1. 수요공급 modeling, drivers, adoption trends, relevant macro factors 403
10-2. 지역별 SiOx , Si-C , Pure Si 음극재 가격 전망 407
10-3. Application별 SiOx , Si-C , Pure Si 음극재 가격 전망 409
3. 업체 현황
Chapter ⅩⅠ. 리튬이차전지 음극소재 생산업체 현황 (한국/아시아계) 411
11-1. 실리콘계 중심 음극재 생산업체 (한국/아시아계) 411
11-1-1. 대주 전자재료 413
11-1-2. Shin-Etsu 418
11-1-3. JMC (Japan Metal & Chemicals) 422
11-1-4. Osaka Titanium 424
11-1-5. SK얼티머스(Nexeon) 427
11-1-6. SKMG14 (SK Materials-Group14) 430
11-1-7. MK 전자 433
11-1-8. 일진전기 436
11-1-9. 한솔케미칼 440
11-1-10. 이녹스첨단소재, 티알에스, 이녹스에코켐 443
11-1-11. FIC신소재 446
11-1-12. 포스코실리콘솔루션(구 테라테크노스) 449
11-1-13. 티씨케이(TOKAI CARBON KOREA) 454
11-1-14. NM Tech (트루윈 인수) 457
11-1-15. KBG 460
11-1-16. Neo Battery Materials 462
11-1-17. 한국메탈실리콘 466
11-1-18. 이엔플러스 469
11-1-19. 롯데에너지머티리얼즈 471
11-1-20. 동진세미켐 475
11-1-21. SJ신소재 477
11-1-22. 아이엘사이언스 481
11-1-23. 에스머티리얼 485
11-1-24. ㈜HNS 486
11.1.25. 와이파인텍 488
11.1.26. 하나 머티리얼즈 490
11.1.27. 실리칸 – 나노브릭 493
11.1.28. 다보링크 496
11.1.29 효성첨단소재 499
11.1.30 OCI 502
11.1.31 카이로스 505
11.1.32 나노제네시스 507
11.1.33 에스앤피랩 509
11.1.34 EG 511
11.1.35 LPN 514
11.1.36 그랩실 518
11.1.37 BSG머티리얼즈 521
11.1.38 액트로 524
11.1.39 시리에너지 525
11.1.40 KCC 528
11.1.41 나노실리콘 531
11.1.42 이비에스스퀘어 532
11.1.43 엠지이노베이션 533
Chapter ⅩⅡ. 리튬이차전지 음극소재 생산업체 현황 (미주, 유럽계) 535
12-1. 실리콘계 중심 음극재 생산업체 (미주, 유럽계) 536
12-1-1. Group14 (US) 537
12-1-2. NEXEON (UK) 542
12-1-3. Sila Nano Technologies (US) 548
12-1-4. Enovix (US) 553
12-1-5. Enervate (US) 558
12-1-6. EO Cell (US) 562
12-1-7. Amprius Technologies 565
12-1-8. Umicore 570
12-1-9 One D (US) 573
12-1-10 Nanograf (US) 577
12-1-11 Leydenjar (Nether.) 579
12-1-12 ADVANO (US) 582
12-1-13 Targray (Canada) 585
12-1-14 StoreDot(스토어닷) (Israel) 587
12-1-15 Trion Battery (Canada) 592
12-1-16 Black Diamond Structures 594
12-1-17 Nanospan (US) 595
12-1-18 Elkem (Nor) 596
12-1-19 Neo Battery (Canada) 597
12-1-20 Global Graphene Group (US) 603
12.1.21 Cenate (Nor) 606
12.1.22 SiCONA (AU) 609
12.1.23 Alkegen (US) 613
12.1.24 pH Matter LLC (US) 615
12.1.25 Paraclete Energy (US) 616
12.1.26 E-Magy (Nether) 617
12.1.27 Ionblox (US) 619
12.1.28 Nanomakers (Fra.) 621
12.1.29 SiLi-ion (US) 623
12.1.30 Ionic Mineral Tech (US) 625
12.1.31 Ionobell (US) 627
12.1.32 The Coretec group (US) 629
12.1.33 Enwires (Fra.) 630
12.1.34 FARADPOWER (US) 632
12.1.35 SilLion (US) 634
12.1.36 Talga (AU) 636
12.1.37 SGL Carbon SE (Ger) 637
12.1.38 Himadri Specialty Chem (India) 638
12.1.39 Coreshell (코어쉘) (US) 639
12.1.40 BASF (Ger) 642
Chapter ⅩⅢ. 리튬이차전지 음극소재 생산업체 현황 (중국계) 644
13-1. 실리콘계 중심 음극재 생산업체 (중국계) 645
13-1-1. BTR, 贝特瑞 646
13-1-2. ShanShan , 上海杉杉 653
13-1-3. Zichen (hanghai Putailai) , 江西紫宸 659
13-1-4. Shinzoom (Hunan Zhongke Electric) , 中科星城 663
13-1-5. Kaijin , 凯金新能源 668
13-1-6. Shenzhen XFH , 翔丰华 672
13-1-7. ECH (上海洗霸) 675
13-1-8. Dowstone (道氏技术) 679
13-1-9 Luoyang Lianchuang (洛阳联创锂能) 682
13-1-10 ZETO, Zhengtuo 正拓能源 684
13-1-11 Solid (深圳索理德新材料) 686
13-1-12 IOPSILION, Tianmu, 天目先导 688
13-1-13 iAmetal , 北京壹金新能源 691
13-1-14 Guibao (硅宝科技) 694
13-1-15 Shinghwa (石大胜华) 695
13-1-16 Gotion (国轩高科) 698
13-1-17 Jereh, 烟台杰瑞 701
13-1-18 Kingi, 湖南金硅 703
13-1-19 Carbon One (碳一新能源) 707
13-1-20 Dongdao (东岛新能源) 711
13.1.21 HYQC (华宜清创) 713
13.1.22 Epuno (埃普诺) 715
13.1.23 Yuling (昱瓴新能源) 718
13.1.24 CPS (创普斯新能源) 720
13.1.25 Novusilicon (硅源新能) 720
13.1.26 Changhong (长虹新材料) 720
13.1.27 Geyuan (格源新材料) 720
13.1.28 Zhongning Silicon (中宁硅业) 721
13-1-29. Detubo (德图堡新材料) 721
13-1-30. Guiying (江西江铜硅瀛新能源) 721
13-1-31. AMT(星汉纳米) 721
13-1-32. Boundary (邦德锐) 722
13-1-33. Litan (立探新能源) 722
13-1-34. Jili (积力新能源) 722
13-1-35. Qufarui(衢发瑞新能源) 722
13-1-36. Leina (镭纳新材) 722
13-1-37 Jiangxin New Materials (匠芯新材料) 723
13-1-38 Zhide Battery (致德新能源) 723
13-1-39 Guojia (国佳（内蒙古）新材料) 723
13-1-40 Huazhi (山西华智新材) 723