<2023>리튬이차전지 분리막 기술동향 및 시장 전망(-2030)

2차전지에 들어가는 소재는 크게 양극재, 음극재, 분리막, 전해액의로 구성되며 이를 4대 핵심소재라고 합니다.

이 4대 소재는 2차전지의 에너지용량, 출력, 안정성 등 전지의 성능에 직접적인 영향을 미치는 요소입니다.

분리막은 양극과 음극이 직접적으로 접촉하지 않게 분리하는 절연막으로 화재, 폭발 등을 방지하고 이온을 원활하게 이동시켜 주는 2차전지 안정성의 핵심 소재입니다.

분리막은 기본적으로 아주 작은 기공이 있어 그 사이로 리튬이온이 통과해 양극과 음극으로 이동할 수 있습니다. 만약 전지온도가 일정 수준 이상으로 높아지게 되며 분리막의 기공이 막혀 리튬이온의 이동이 차단되고 전지의 쇼트 현상을 방지하게 됩니다.

또한 전지 내부에 생기는 이물질을 통과하지 못하게 막는 역할도 수행하고 있습니다. 이처럼 분리막은 전지의 안전성과 수명에 관여하며 최근 전지출력 및 고속충전에도 관여하는 소재로 주목받고 있습니다.

현재 리튬이온전지에 적용되는 분리막에는 대부분 폴리올레핀 계열의 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP) 소재를 사용하고 있습니다.

폴리올레핀(PO)으로 만든 분리막은 내열 특성과 기계적 강도가 취약하여 전지 안전성에 큰 저해요인이며, 이를 해결하기 위해 국내에서는 폴리올레핀 분리막 위에 산화물을 코팅하는 기술을 개발하여 중대형 전지를 중심으로 사용하기 시작하였습니다.

다공성 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 필름인 분리막은 제조공정에 따라 습식과 건식으로 구분(습식 70%, 건식 30%의 시장점유)되며, 표면에 무기물을 코팅하여 안정성을 향상시킨 강화막이 개발되었습니다.

습식막은 분리막의 성형 과정에서 첨가한 가소제를 유기용매로 추출할 때 발생한 기공을 연신하여 확장한 것으로 강도, 탄성 및 두께, 기공균일도 등이 우수하고, 건식막은 압출 필름을 저온에서 연신하여 결정계면에서 미세 균열을 발생시키는 방식으로 PP/PE/PP의 삼층 구조로 저가격, 고출력용에 사용됩니다. 강화막은 폴리올레핀 수지의 기계적, 열적 특성을 보완하고자 다공성 고분자막의 표면에 세라믹 입자층을 형성시켜 고온에서도 분리막의 기계적 수축을 방지하는 역할을 합니다.

분리막은 전기차용 2차전지 소재원가 비중의 약 16%를, 셀 전체 원가의 10%를 차지하고 있으며, 글로벌 분리막 시장은 2020년 기준 45억 m2 가량 수요가 발생하였고 이는 금액 규모로 36억불 수준의 시장 규모가 형성되었습니다.

향후 지속적인 분리막 시장 성장에 따라 2030년 기준 379억 m2 수요 시장까지 성장할 것으로 전망되며 이를 금액 기준으로 환산하면 연간 219억불 규모의 큰 시장으로 성장할 것으로 보입니다.

본 보고서는 분리막 기술의 현황 및 개발 trend를 비롯하여 가장 많이 다루어지고 있는 폴리올레핀계 분리막의 물성부터 전지와의 관계까지를 다루고 있으며, 특히 내열 분리막에 대한 기술 가운데 다층구조, 부직포타입, 코팅분리막은 물론 최근 전지특성향상에 필요한 미세다공성 분리막, 열차단 분리막, 전위감응 분리막까지의 기술 및 동향을 다루었습니다.

마지막으로 분리막 시장 동향 및 전망을 통해 국가별, 소재별, 공급업체별 등 수요 및 시장현황을 다루었으며, 분리막 생산업체 현황을 통해 top tier 업체의 최신 기술 및 동향을 다루었습니다.

본 보고서의 Strong Point는 다음과 같습니다.

① 내열 분리막에 대한 최근 제조 기술 및 동향 파악
② 사례분석을 통한 LIB용 분리막업계 최신 기술 동향 및 트렌드 파악
③ 분리막 시장에 대한 소재별, 업체별, 전지회사별 수요현황 및 분리막 생산 CAPA, 가격 동향, 수요 전망, 시장 규모 전망
④ 한국, 일본, 중국 분리막 업체에 대한 최신 현황 및 기술에 대하여 파악할 수 있습니다.

- Contents -

리포트 개요 -----------------------------------------------------------------------------------8

Chapter Ⅰ. 분리막 기술 현황 및 개발 Trend --------------------------------------------11

• 1.1 서 론 -------------------------------------------------------------------------------12
• 1.2 분리막 종류 ------------------------------------------------------------------------16
  • 1.2.1 미세 기공막-----------------------------------------------------------------16
  • 1.2.2 부직포-----------------------------------------------------------------------18

Chapter Ⅱ. 폴리올리핀계 분리막-----------------------------------------------------------19

• 2.1 폴리올리핀계 분리막 제조 공정----------------------------------------------------20
  • 2.1.1 건식법-----------------------------------------------------------------------21
  • 2.1.2 습식법-----------------------------------------------------------------------23
• 2.2 폴리올리핀계 분리막의 물성-------------------------------------------------------27
  • 2.2.1 두께 (Thickness)-----------------------------------------------------------27
  • 2.2.2 공기 투과도 (Air Permeability)-------------------------------------------28
  • 2.2.3 기공도/기공 크기 (Porosity/Pore Size) ----------------------------------28
  • 2.2.4 이온 전도도 (Ionic Conductivity)-----------------------------------------29
  • 2.2.5 MaxMullin Number--------------------------------------------------------30
  • 2.2.6 전기적/전기화학적 안정성 (Electrical/Electrochemical Stability)-------30
  • 2.2.7 내산화성 (Oxidation Stability)--------------------------------------------30
  • 2.2.8 젖음성 (Wettability)--------------------------------------------------------31
  • 2.2.9 인장 강도 (Tensile Strength)----------------------------------------------32
  • 2.2.10 침파 강도 (Puncture Strength)------------------------------------------33
  • 2.2.11 혼합 관통 강도 (Mix Penetration Strength)----------------------------33
  • 2.2.12 열 수축 (Thermal Shrinkage)--------------------------------------------34
  • 2.2.13 Melt-down-----------------------------------------------------------------37
  • 2.2.14 휨 정도 (Skew)------------------------------------------------------------38
  • 2.2.15 결함 (Defects)-------------------------------------------------------------38
  • 2.2.16 전지조립성 (Cell Assembly)----------------------------------------------39
• 2.3 폴리올리핀계 분리막과 전지의 관계-----------------------------------------------39
  • 2.3.1 전지 성능-------------------------------------------------------------------40
  • 2.3.2 전지 안전성-----------------------------------------------------------------42

Chapter Ⅲ. 부직포 분리막------------------------------------------------------------------46

• 3.1 부직포 분리막 제조 공정-----------------------------------------------------------47
  • 3.1.1 Dry-laid 공법---------------------------------------------------------------49
  • 3.1.2 Wet-laid 공법---------------------------------------------------------------50
  • 3.1.3 Spun-bond------------------------------------------------------------------51
  • 3.1.4 Melt-blown 공정-----------------------------------------------------------52
  • 3.1.5 Web Bonding---------------------------------------------------------------53
• 3.2 부직포 분리막의 물성---------------------------------------------------------------55

Chapter Ⅳ. 내열 분리막 최신 기술 동향--------------------------------------------------59

• 4.1 다층 구조 내열 분리막-------------------------------------------------------------65
• 4.2 부직포 분리막-----------------------------------------------------------------------66
• 4.3 무기물 도입형 고안전성 분리막----------------------------------------------------74
  • 4.3.1 비수계 무기물 코팅 분리막------------------------------------------------74
  • 4.3.2 수계 무기물 코팅 분리막---------------------------------------------------78
  • 4.3.3 Binder-Free 분리막---------------------------------------------------------80
  • 4.3.4 Multifunctional 무기물 코팅 분리막--------------------------------------87
• 4.4 내열 고분자 코팅 분리막-----------------------------------------------------------88
  • 4.4.1 내열 고분자와 무기물이 도입된 코팅 분리막-----------------------------94
    • 4.4.1.1 바인더로서 내열 고분자를 사용한 무기물 코팅 분리막------------94
    • 4.4.1.2 무기물/내열 고분자 코팅 분리막-------------------------------------95
  • 4.4.2 난연 특성 보유 분리막-----------------------------------------------------95
    • 4.4.2.1 난연 소재로 제조된 분리막------------------------------------------96
    • 4.4.2.2 난연 소재를 추가적으로 도입한 분리막-----------------------------97
• 4.5 고분자 미세다공성 분리막--------------------------------------------------------100
• 4.6 열차단 분리막----------------------------------------------------------------------106
• 4.7 전위 감응 분리막------------------------------------------------------------------109

Chapter Ⅴ. 국내 LIB 분리막 업계 최신 기술 동향 및 트렌드--------------------------111

• 5.1 사례분석1 : SKIET 습식 분리막 원단 기술---------------------------------------112
  • 5.1.1 분리막 원단 라인 공정 개요----------------------------------------------112
  • 5.1.2 분리막 원단 기본 요구 물성----------------------------------------------113
  • 5.1.3 분리막 코팅 공정 개요----------------------------------------------------115
  • 5.1.4 분리막 코팅 기본 요구 물성----------------------------------------------116
• 5.2 사례분석2 : W-Scope 습식 분리막 기술-----------------------------------------118
  • 5.2.1 습식 분리막 개발 현황----------------------------------------------------118
  • 5.2.2 습식 분리막 개발 방향----------------------------------------------------120
• 5.3 사례분석3: 에너에버 분리막 코팅 기술------------------------------------------122
  • 5.3.1 분리막 코팅 기술 개발 개요----------------------------------------------122
  • 5.3.2 분리막 코팅 기술 개발 전망----------------------------------------------126
• 5.4 사례분석4: 유펙스켐 건식 분리막 기술------------------------------------------130
  • 5.4.1 분리막 기술 개발 개요----------------------------------------------------130

Chapter Ⅵ. 분리막 시장 동향 및 전망---------------------------------------------------131

• 6.1 국가별 수요 현황------------------------------------------------------------------132
• 6.2 소재별 수요 현황------------------------------------------------------------------134
• 6.3 공급 업체별 시장 현황------------------------------------------------------------136
• 6.4 LIB 업체별 수요 현황--------------------------------------------------------------144
  • 6.4.1 SDI--------------------------------------------------------------------------149
  • 6.4.2 LGC-------------------------------------------------------------------------156
  • 6.4.3 SKI--------------------------------------------------------------------------163
  • 6.4.4 Panasonic------------------------------------------------------------------170
  • 6.4.5 CATL------------------------------------------------------------------------177
  • 6.4.6 ATL-------------------------------------------------------------------------184
  • 6.4.7 BYD-------------------------------------------------------------------------191
  • 6.4.8 Lishen----------------------------------------------------------------------198
  • 6.4.9 Guoxuan-------------------------------------------------------------------205
  • 6.4.10 AESC----------------------------------------------------------------------212
• 6.5 분리막 생산 CAPA 전망----------------------------------------------------------219
• 6.6 소재별 수요 전망------------------------------------------------------------------221
• 6.7 분리막 가격 동향------------------------------------------------------------------222
• 6.8 분리막 시장 규모 전망------------------------------------------------------------225

Chapter Ⅶ. 분리막 생산업체 현황--------------------------------------------------------226

• 7.1 한국 분리막 업체----------------------------------------------------------------- 227
  • 7.1.1 SKIET-----------------------------------------------------------------------228
  • 7.1.2 W-Scope (Korea)----------------------------------------------------------234
  • 7.1.3 Enerever-------------------------------------------------------------------238
• 7.2 일본 분리막 업체------------------------------------------------------------------244
  • 7.2.1 Asahi Kasei----------------------------------------------------------------245
  • 7.2.2 Toray-----------------------------------------------------------------------254
  • 7.2.3 Ube-------------------------------------------------------------------------267
  • 7.2.4 Sumitomo-----------------------------------------------------------------275
  • 7.2.6 W-scope (Japan)----------------------------------------------------------281
  • 7.2.7 Teijin-----------------------------------------------------------------------285
  • 7.2.8 Japan vilene company----------------------------------------------------290
  • 7.2.9 Nippon Kodoshi Corporation--------------------------------------------292
• 7.3 중국 분리막 업체------------------------------------------------------------------294
  • 7.3.1 SEMCORP------------------------------------------------------------------295
  • 7.3.2 Senior----------------------------------------------------------------------302
  • 7.3.3 Sinoma---------------------------------------------------------------------308
  • 7.3.4 CZMZ----------------------------------------------------------------------309
  • 7.3.5 Jinhui-----------------------------------------------------------------------313
  • 7.3.6 Gellec----------------------------------------------------------------------317
  • 7.3.7 Xinxiang Green------------------------------------------------------------319