<2020> 리튬이온 2차전지 양극재 기술동향 및 시장전망 (~2030)
최근 이차전지
시장은 소형 IT용 Application 시장에서 ESS, EV 시장으로 시장을 확대해 나가고 있으며 이차전지 양극재 시장 역시 이에 맞추어
수요가 증가할 전망이다.
리튬이온 2차전지는 1985년경 일본의 Akira Yoshino에 의해 발명되어 1991년 SONY社에 의해 상용화된다. 이때 SONY가 사용한 양극재(Cathode Material)가
리튬코발트산화물(LiCoO2;이하 LCO로 약칭)이다. 리튬이온 2차전지에서
양극재로서의 LCO 물질은 3.7V의
공칭전압을 가지고 있으며, 가역적으로 리튬의 삽입과 탈리가 이루어지는 물질로 합성이 용이하고, 수명특성도 비교적 좋아서 지금까지도 가장 많이 사용되고 있는 물질이다. 그런데 이 LCO의 문제점들이 부각되기 시작했다. 문제점은 크게 두 가지로 한정된 매장량을 가진 Co가
주성인 LCO는 매우 비싸다는 것이다. 또
하나의 문제점은 재료의 성능에 관한 것으로서 충전말기에 LCO 구조적 불안정성으로
인하여 전지용량이 150mAh/g 로 이론 용량의 절반 정도 밖에는 이르지 못한다는
점이다. 이 때문에
자동차 및 전력저장용
중대형 전지에서는 LCO 양극재를 사용하기 어렵고 불리한 조건이 된다.
이에 따라 이점을
개선한 양극재가 리튬니켈코발트알루미늄산화물 (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2; 이하 NCA로 명칭)이다. 그리고
새롭게 개발된 양극재가 리튬니켈코발트망간산화물(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2;이하 NCM으로 명칭)로 3M社가
발명하여 NCM111특허를 보유하고 있는 물질이다. LG화학은 NCM을 이루는 조성들을 일부 조정한 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2
(NCM 523)물질을 개발하기도 하였다. 최근에는 NCM622, NCM811 등 High Ni계
양극재가 많이 연구되고 있다.
또한 구조적으로
스핀넬 구조(Spinel Structure)를 지니는 리튬망간산화물(LiMn2O4;이하 LMO로 명칭)이 있는데 용량은 100mAh/g으로 LCO보다 낮지만 출력특성이
좋고 안전성이 우수하고, 무엇보다도 싼 가격을 무기로 Low-end 제품에
적용되거나 전기차용 양극재에 일부 blendin하여 들어가고 있다.
마지막으로 올리빈
구조(Olivin Structure)를 지니는 리튬인산철산화물(LiFePO4;이하 LFP로 명칭)이 있는데, 구조적
안전성을 높으나 방전 전압이 3.5V 정도로 상대적으로 낮으므로 Fe를 Mn이나 Ni 등으로
치환한 고전압 올리빈 양극재가 한창 연구 중에 있다.
리튬이온 2차전지의 4대 부품(양극, 음극, 전해질, 분리막) 중 양극을 형성하고 있는 양극재의 경우
전체 리튬이온 2차전지 cost의 약 30~40%를 차지할 정도로 그 비중이 크기 때문에 Cost가
가장 중요한 요소로 생각되는 대형 리튬이온 2차전지의 상용화를 위해서는 양극재의 성능 개선과
동시에 저가격화는 필수불가결한 요소라 할 수 있다.
전세계 양극재
시장은 한중일 3국이 시장을 주도하고 있으며, 중국
업체들이 내수시장을 기반으로 중국 메이저 배터리 메이커의 성장과 함께 공급 물량을 늘려가며 절대 강자로 부상하였고, 일본 업체들은 전구체의 앞선 기술력을 바탕으로 중국의 공세에 대응하고 있다. 한국의 양극 소재 업체들은 중국 업체와의 가격경쟁에 맞서야 하고, 일본
업체와 양극재, 전구체 기술경쟁을 치열하게 해야 하는 상황에 놓였다.
앞으로 양극재
시장은 글로벌 전기차 시장에서 LIB의 큰 폭의 성장과 함께 한중일 삼국의 소재업체의 치열한
경쟁 양상이 될 전망이다.
이번 리포트에서는
여러 가지 타입별들의 양극재에 관한 기술동향을 기술하였는데, 특히 Ni rich NCM을 중심으로 한 양극소재 기술개발동향을 최신화 하였다. 또한 양극재에 사용되는 광물시장에 대하여도 상세히 다뤘다. 양극재 조사 대상 업체는 한국이 6개, 일본 6개, 중국 9개 업체다.
시장 부분은
최근 4개년(2015~2018) 동안의 국가별, 기업별, 양극재 타입별 시장 수요 공급 전망을
분석하였다.
Chapter Ⅰ. 양극재 기술
현황 및 개발 Trend
1. 서 론
1.1
양극재
개발 현황
1.2
양극재
설계 기준
1.2.1
이온
결합성과 공유 결합성
1.2.2
Mott-Hubbard 형과 전하이동형
1.2.3
3d 전이금속
산화물에서 전하 이동 반응의 개념 ·
1.2.4
고상내의
확산과 2상 공존 반응의 개념
1.3
양극재에
요구되는 특성
2. 양극재 종류
2.1
Layered 계 화합물
2.1.1
LiCoO2
2.1.2
LiNiO2
2.1.3
LiMO2 (M = Fe, Mn)
2.1.4
Ni-Mn계
2.1.5
Ni-Co-Mn 3성분계
2.1.6
리튬
과량 화합물
2.2 Spinel
계 화합물
2.2.1
LiMn2O4
2.2.2
LiMxMn2-xO4
2.3
Olivine 계 화합물
2.3.1
LiFePO4
2.3.2
LiMPO4 (M = Mn, Co, Ni)
3. 기타 양극재
3.1
Fluoride 계 화합물
Chapter Ⅱ. Ni-Rich NCM 기술
1. 서 론
2. Ni-Rich
NCM의 문제점
2.1
양이온
혼합 (Cation mixing)
2.2
H2-H3 상변화
2.3
잔류
리튬 화합물 (Residual lithium compounds)
3. Ni-Rich
NCM의 해결과제
3.1 Transition metal doping
3.2 Surface modification
3.3 Concentration gradient structure
Chapter Ⅲ. 양극재 제조
공정
1. 양극재 제조공정
1.1 Mixing
1.2 Calcination
1.3 Crushing
1.4 Sieving
1.5 Magnetic separation
2. 전구체 제조 공정
2.1 Reactor
2.2 Reactor 이후의 공정 ·
3. 양극재 특성 평가
3.1 화학 조성 분석
3.2 비표면적 측정
3.3 입도 측정
3.4 탭 밀도 측정
3.5 수분량 측정
3.6 잔존 탄산리튬 측정
3.7 열분석
3.8 입자 강도
4. 양극 기판 제조 공정
Chapter Ⅳ. 양극재 업체별
동향
1. 한국 양극재 업체
1.1
L&F
1.2
Umicore Korea
1.3
Ecopro BM
1.4
Cosmo AM&T
1.5
Iljin Materials
1.6
Posco Chemical
2. 일본 양극재 업체
2.1
Nichia
2.2
Sumitomo Metal Mining
2.3
Toda Kogyo
2.4
Mitsui Kinzoku
2.5
Nippon Denko
3. 중국 양극재 업체
3.1
Reshine (湖南瑞翔)
3.2
Shanshan (湖南杉杉)
3.3
Easpring (北京当升)
3.4
B&M (天津巴莫)
3.5
Pulead (厦门钨业)
3.6
XTC (厦门钨业)
3.7
ZEC (贵州振华)
3.8
CY Lico (长远锂科)
3.9
Ronbay (宁波容百)
Chapter Ⅴ. 전세계 LIB 시장 전망 (~2030)
1. 전세계 글로벌 LIB 시장 전망
2. 전세계 소형 IT용 LIB 시장 전망
3. 전세계 중형 EV용 LIB 시장 전망
4. 전세계 대형 ESS용 LIB 시장 전망
Chapter
Ⅵ. 양극재 시장 동향 및 전망
1. 양극재 시장 수요
1.1
국가별
양극재 수요 현황
1.2
소재별
양극재 수요 현황
1.3
양극재
생산 업체별 시장 현황
1.4
소재별
양극재 수요 변화 동향
1.5
LIB 업체별 양극재 수요 현황
1.5.1 삼성SDI의 양극재 사용현황
1.5.2 LG화학의 양극재 사용현황
1.5.3 SKI의 양극재 사용현황
1.5.4 Panasonic의 양극재 사용현황
1.5.5 CATL의 양극재 사용현황
1.5.6 ATL의 양극재 사용현황
1.5.7 BYD의 양극재 사용현황
1.5.8 Lishen의 양극재 사용현황
1.5.9 Guoxuan의 양극재 사용현황
1.5.10 AESC의 양극재 사용현황
1.6
양극재
생산 케파 현황
1.7
양극재
가격 동향
1.7.1
양극재
가격 구조
1.7.2
양극재
타입별 가격 동향
1.7.3
광물
시장 동향
1.7.3.1 Nickel
1.7.3.2 Cobalt
1.7.3.3 Manganese
1.7.3.4 Lithium