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시장보고서
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<2024> 리튬이온 2차전지 양극재 기술 동향 및 시장 전망 (-2035)<2024> Technology Trend and Market Outlook for Cathode Materials of Lithium-ion Secondary Batteries (~2035) |
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리튬이온 이차전지 시장은 소형 IT용 Application 시장에서 EV, ESS 시장 중심으로 크게 확대되고 있으며, 특히 EV 전기차에 탑재되는 리튬이온 배터리 수요가 급격히 늘어나며, 여기에 탑재되는 양극재 시장 역시 이에 맞추어 수요가 증가할 것으로 전망되고 있습니다.
리튬이온 이차전지에서 리튬을 공급하는 역할을 하는 핵심소재인 양극재로는 층상구조의 LiCoO2 (LCO), Li(Ni1-x+yCoxMny)O2 (NCM), Li(Ni1-x+yCoxAly)O2 (NCA) 그리고 spinel 구조의 LiMn2O4 (LMO) 등이 있으며, 중국 전기차 시장 성장을 바탕으로 리튬인산철(LiFePO4, LFP) 양극재가 최근 급격하게 증가하며 업계의 관심을 받고 있습니다.
LCO는 물성 및 전기화학특성이 우수하고 부피당 에너지 용량이 크기 때문에 mobile IT 분야 양극재로 많이 사용되나 비싼 코발트 사용이 단점으로 지적되며, LMO는 가격적 장점과 열적 안정성이 우수한 특성이 있으나, 가역 용량이 작고, 고온에서 수명 특성이 나쁘다는 단점을 가지고 있습니다.
NCM은 높은 방전 용량의 구현이 가능하고 가역 용량은 Ni 함량이 80% 이상을 넘어서는 경우 약 200 mAh/g에 근접하여, 한국 등의 양극재 업계에서는 고용량 전지를 개발하기 위하여 이러한 Ni계 양극 활물질에 대한 연구가 10여년 간 활발하게 진행되었으며, NCMA 등의 형태로도 개선되며 양극재 시장의 주류로 자리잡았습니다.
LFP는 저가인 철 사용으로 가격 면에서도 우위에 있으며, 최근 코발트, 니켈 등의 삼원계용 원자재의 가격 폭등으로 이러한 가격적인 장점은 더 커지고 있습니다. 최근 망간을 혼합한 LMFP 배터리는 이런 한계를 극복할 수 있는 신기술로 주목받고 있습니다. CATL과 BYD, 궈시안 등 중국 업체들도 유사한 기술을 적용한 LMFP 기반 배터리를 개발해 상용화 단계에 들어섰습니다. 중국에서 판매된 LFP 배터리 탑재 전기차의 비중은 2020년 9월 이후 NCM(니켈·코발트·망간) 혹은 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 등 삼원계 배터리의 비중을 뛰어넘었습니다. 전기차에서 탑재되는 LFP 배터리의 비중도 2020년 17%에서 2021년 27%, 2022년 36%까지 증가하였습니다. 현재 LFP배터리의 대부분은 중국 업체들이 생산하고 있는데 테슬라뿐 아니라 폭스바겐, 포드, 스텔란티스 등 글로벌 자동차OEM도 LFP배터리에 높은 관심을 보이고 채용 확대 여부를 검토 중에 있습니다.
HV-미드니켈(High Voltage Mid-Ni) NCM은 과거 유미코어를 통해 상용화되었으나 하이니켈의 등장으로 수면 아래로 가라앉았습니다. 고전압은 양극재의 균열을 유발하고 수명이 짧아지기 때문입니다. 그러나 최근 고전압을 견딜 수 있는 단결정 음극재의 개발과 배터리 기술의 개선으로 LFP의 대항마로 최근 재부상하고 있으며, 한국의 하이니켈 사용 업체들이 다시 비중 확대를 검토하고 있습니다.
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 있습니다.
전세계 양극재 생산 업체는 200여개사 이상 존재한다. 이 중 실적이 있는 업체는 100-150여개사로 나머지 50개사 정도는 개발 또는 참여 계획을 가지고 있는 단계입니다. 일본이 20-30개사, 한국이 15-30개사, 중국 및 기타 100-150여개 이상이 있습니다. 기타사 중 벨기에의 다국적 기업인 Umicore가 있다. 또한, 전세계에 약 150여개 이상 정도의 양극재 원료 및 전구체 업체가 있습니다.
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 있습니다. 한국의 양극 소재 업체들은 중국 업체와의 가격경쟁에 맞서야 하고, 일본 업체와의 양극재, 전구체 기술경쟁을 치열하게 해야되는 상황입니다.
이번 리포트에서는 여러 가지 타입별들의 양극재에 관한 기술동향을 기술하였는데, 특히 Ni rich NCM을 중심으로 한 최신 양극소재 기술 개발동향과 Cobalt free 양극재 기술 및 단입자 양극재 기술 개발동향도 논하였습니다. 또한 최근 많이 주목받고 있는 LFP, LMFP 양극재의 기술 및 제조 공정 프로세스와 고전압 HV(High Voltage) 양극재 기술에 대한 챕터를 추가하여 다루어 보았습니다.
그 중 상세 조사업체는 한국이 9개, 일본이 약 5개, 중국이 24개 업체입니다. 시장 부분은 최근 5개년 동안의 수요자 측면에서의 동향과 공급자 측면에서의 동향을 국가별, 기업별, 양극재 타입별로 업계 SCM을 분석하였습니다. 또한 Global 양극재(CAM) Supply 현황 및 전망 및 LIB Maker별 수급 전망을, IT 및 xEV, ESS 시장을 배경으로 2035년까지의 양극재 종류별 시장 전망 및 가격 전망을 하였습니다.
The lithium-ion secondary battery market is shifting from small IT applications toward a more substantial focus on electric vehicle (EV) and energy storage system (ESS) markets. Demand for lithium-ion batteries in EVs is rapidly increasing, driving growth in the market for cathode materials used in these applications.
Cathode materials, which play a crucial role in supplying lithium in lithium-ion secondary batteries, include layered structure materials such as LiCoO2 (LCO), Li(Ni1-x+yCoxMny)O2 (NCM), Li(Ni1-x+yCoxAly)O2 (NCA), and spinel-structured LiMn2O4 (LMO). Recently, LiFePO4 (LFP) cathode materials, favored for their cost efficiency and driven by China's EV market expansion, have also gained substantial industry attention.
Due to its superior physical and electrochemical properties and high energy density, LCO is often used as a cathode material for mobile IT devices, though the high cost of cobalt is a significant drawback. LMO, on the other hand, is cost-effective and has excellent thermal stability, though it has limitations such as lower reversible capacity and reduced lifespan at high temperatures.
NCM, which enables high discharge capacity, can reach approximately 200 mAh/g with nickel content over 80%. South Korean cathode material companies have been actively researching high-capacity Ni-based cathode materials over the past decade, making NCM and advanced derivatives like NCMA mainstream in the market.
LFP, with its affordable iron-based composition, has gained a competitive edge in cost-efficiency. With the recent surge in prices of raw materials like cobalt and nickel for ternary materials, LFP's cost advantage has become more pronounced. A novel technology, LMFP (LFP with added manganese), addresses the limitations of LFP and has been adopted by major Chinese manufacturers like CATL, BYD, and Gotion for commercialization. LFP batteries surpassed the share of NCM (nickel, cobalt, manganese) and NCA (nickel, cobalt, aluminum) ternary batteries in China's EV market after September 2020, growing from 17% in 2020 to 36% in 2022. Global automakers such as Tesla, Volkswagen, Ford, and Stellantis are also exploring the potential of LFP batteries.
High Voltage Mid-Nickel (HV Mid-Ni) NCM, initially commercialized by Umicore, fell out of favor with the rise of high-nickel alternatives due to issues such as material cracking and reduced battery life. However, with advancements in single-crystal anode materials and improved battery technologies, HV Mid-Ni NCM is re-emerging as a viable competitor to LFP. South Korean companies that use high-nickel materials are considering expanding their investment in this area.
Cathode materials, one of the four primary components (cathode, anode, electrolyte, separator) of lithium-ion secondary batteries, account for approximately 30-40% of the overall cost. Thus, to commercialize large-scale lithium-ion batteries, improving cathode performance while reducing costs is essential. Globally, there are over 200 cathode material manufacturers, with around 100 to 150 actively engaged in production. Japan has around 20-30 companies, Korea around 15-30, and China and other regions around 100-150. Umicore, a multinational company in Belgium, is also notable in the sector. Additionally, there are approximately 150 companies worldwide that supply raw materials and precursors for cathode materials.
The global cathode materials market is dominated by companies in China, Japan, and Korea. Chinese companies have emerged as leaders, leveraging domestic demand and the growth of major Chinese battery makers, while Japanese firms rely on advanced precursor technologies to compete. Korean companies face intense price competition from Chinese suppliers and technological competition with Japanese firms.
This report provides insights into the latest technical trends across various cathode material types, with a focus on Ni-rich NCM. It also explores cobalt-free cathode technologies and single-particle cathode developments. Additionally, chapters are dedicated to emerging technologies for LFP and LMFP cathodes, high-voltage cathode technologies, and their manufacturing processes.