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<2023> 배터리 모듈 팩 소재 기술동향 및 시장전망 (-2030)

<2023> Technology Trend and Market Outlook of Materials for Battery Module and Pack (~2030)

발행일: | 리서치사: SNE Research | 페이지 정보: 영문 또는 국문 - 192 Pages | 배송안내 : 1-2일 (영업일 기준)


2차전지 , 전기자동차 전문 시장조사 기관 SNE리서치의 전망에 따르면 글로벌 전기자동차 시장(BEV+PHEV)은 2030년 약 5천만대로 2022년 약 1천만대에서 연평균 21%의 성장을 보일 것으로 예측됩니다. 따라서, 배터리 시장의 성장에 힘입어, 배터리 팩 시장도 2030년까지 높은 성장을 보일 것이며, 시장의 규모는 아래와 같습니다.

따라서, 이런 팩을 구성하는 부속인 BMS, 전력 장치, 하네스, 셀간부품, 하우징, 방열 등의 요소의 규모와 시장에 대한 이해는 성장하는 배터리 팩 시장에 많은 기회를 제공할 것으로 여겨집니다. 하우징을 예로 들면, Al(알루미늄) / 탄소섬유강화복합소재 / 플라스틱 / 철강 등의 소재가 사용되고 있고 최근 하우징의 개발 방향은 경량화, 전자파 규제 준수, 열 관리 등에 대한 고려 등이 있습니다.

EV는 리튬이온 배터리와 전기 구동모터, 감속기 그리고 휠로 구동력이 전달되는 차이입니다. 파워트레인은 보증기간동안 특별한 유지보수가 필요하지 않으며, 필터류 교체 정도의 주기적인 유지보수는 필요합니다. 전기자동차에서 고장이 가장 먼저 발생하는 부품은 배터리이며 차체, 전력전자 장치 및 모터는 수명이 긴 편입니다.

배터리가 전기차 생산원가의 40-50% 정도 차지하며, 전기차 시장의 성장을 위해 배터리팩의 가격 경쟁력 확보가 시급합니다.

자동차 시장에서 대단히 많은 소재 사용이 많은 부분을 차지하고 있습니다. 전기자동차에 사용되는 일부 소재들은 내연기관 자동차에 사용되는 소재 들과 거의 비슷합니다. 특히 차체, 샤시, 인테리어를 구성하는 부분에서 그러합니다. 하지만, 둘간의 주요한 차이점은 파워트레인입니다. 내연기관엔진과 다른 파워트레인 부품은 전기자동차에서 배터리와 전기 모터로 대체됩니다. 리튬이온 배터리와 배터리팩은 내연기관 파워트레인과는 다르게 매우 다른 소재가 고려되어집니다. 내연기관엔진 자동차의 파워트레인은 대체로 철 또는 알루미늄 합금을 사용하고 있습니다.

동시에 이러한 소재들은 전기자동차에서도 많은 수요가 있는 것을 볼 수 있습니다. 그외 코발트, 구리, 그라파이트, 리튬, 망간 그리고 니켈은 향후 10년 내 매우 많은 수요가 있을것으로 보입니다. EV 시장을 제외하고는 그러한 큰 수요는 보기가 쉽지 않습니다.

EV 전용 통합형 플랫폼 개발(Modular Platform)이 주류를 이루고 있으며 아래와 같은 특징을 보입니다.

  • 차량의 Ride & handling 측면과 조립성, serviceability 측면을 고려한 스케이트 보드 형태의 플랫폼으로 변경됩니다.
  • 최근 출시되는 EV는 OEM별 전용 플랫폼으로 다양한 사이즈의 차량에 적용됩니다.
  • 주행거리 추가에 따른 Battery pack의 용량 확장이 용이 a Modular pack 가능해집니다.
  • 부품의 공용화 & 표준화 및 조립 라인 단순화가 가능해짐 a 대당 비용 절감됩니다.
  • 표준화된 Cell 또는 CMA 형태로 납품받아 OEM에서 팩 조립이 가능해집니다.

최근 출시된 주요 전기자동차의 팩 레벨 정보를 분석한 결과, 업체별로 매우 다양한 디자인과 스펙을 갖고 있으며, 세대가 거듭될 수록 셀의 수량이나 화학조성이 진화되는 양상을 보입니다.

  • Audi와 VW은 LGES의 NCM622 양극재 및 NG 음극재, SDI의 NCM622+NCA 양극재 및 NG+AG 음극재를 사용하였습니다. ID.4에는 LGES NCM712를 사용하고 있습니다.
  • BMW는 SDI의 NCM111과 622를 사용하다 NCA로 적용하고 있고, CATL의 NCM523을 사용하다 811로 적용을 하고 있습니다.
  • 현대 기아차는 e-GMP 적용 모델에 SK on의 NCM811양극재 및 NG 음극재를 적용하고 있습니다.
  • Tesla는 원통형 NCM811과 NCA를 적용하고 있으며 최근 CATL의 각형 LFP를 적용하고 있습니다.

에너지 밀도가 향상되고 있으며, 이는 배터리셀의 에너지 밀도가 증가하고 배터리팩의 소재 선정과 팩 설계 기술의 개선으로 인해 이뤄진 결과라고 보여집니다.

  • 2020년 전에 출시된 EV의 평균 에너지 밀도가 131Wh/kg이며, 최근 EV 전용 플랫폼으로 출시된 차량은 평균 150Wh/kg을 넘어서서 2025년 187Wh/kg이 될 것으로 예상됩니다.
  • Cell to Pack 기술 등 Module-less 개념을 도입한 배터리 팩으로 인해 에너지 밀도는 더욱 증가할 것으로 보입니다.

이번 레포트에서는 이런 배터리 팩 개발 동향에 맞추어, 사용 소재의 측면에서의 변화를 기술하였는데 경량화 , EV 배터리밀도 개선 , TP 기술 대두에 따른 안정성 이슈 등의 개발 방향에 맞춘 배터리 팩 소재의 변화에 대해 기술하였습니다. 그 뿐만 아니라 해당 소재 등이 배터리 팩에 접합되기 위해 필요한 요소기술(용접/납땜) 등의 요소와 열폭주 방지 기술 방향에 대한 정보 등을 포함하고 있습니다.

본 보고서의 Strong Point

  • - 전기차 시장부터 4대부재 및 배터리 팩 세부 시장에 대한 구분과 전망에 대해 알 수 있습니다.
  • - 배터리 셀 타입(파우치/원통형/각형)의 구성과 정보에 대해 알 수 있습니다.
  • - 자동차 OEM별 EV플랫폼에 대해 알 수 있습니다.
  • - 이 배터리 팩들의 사양, 에너지 밀도 등에 대해 알 수 있습니다.
  • - 배터리 팩을 구성하는 다양한 부속의 제조에 사용되는 소재에 대해 알 수 있습니다.
  • - 이 구성요소들을 접합하는 기술에 대해 알 수 있습니다.
  • - 위의 팩 제조기술에 참여되고 있는 업체들에 대한 정보를 알 수 있습니다.

Part 1. EV 및 배터리, 배터리 팩 시장 전망

  • 글로벌 전기자동차 시장 전망
  • 글로벌 배터리팩 시장 전망
  • 글로벌 배터리팩 부품 시장 전망
  • 배터리 주요 부품 cost 구성
  • 전기자동차 배터리에 사용된 배터리팩 소재
    • 팩하우징 소재
    • 열관리 소재
    • 셀간 구조 소재
    • 배터리셀 소재 전망
    • 양극재
    • 음극재
    • 분리막
    • 전해액

Part 2. 배터리 셀, 모듈, 팩의 주요 구성품 소재

  • 전기자동차 종류
  • 전기자동차 주요 구성요소
  • 전기자동차 종류별 파워트레인 specification
  • 전기자동차 배터리 소재들
  • 전기자동차 배터리 소재의 Value Chain 구성
  • 셀, 모듈, 팩 차이점
  • 배터리 셀 타입
  • 배터리 셀 타입에 대한 고려
  • 배터리 셀 타입 선택
  • 자동차용 배터리셀 타입 선택
  • 셀 주요 구성 요소; 원통형 / 각형 / 파우치형
  • 배터리팩의 소재들 (주요 소재 업체): Henkel / Toray / Lanxess / Ascend / BASF / DuPont / Tesla

Part 3. 셀 모듈 팩에 포함된 주요 소재

  • 전기자동차 배터리에 필요한 소재
  • 레포트에 소개될 주요 소재
  • 배터리셀 화학 조성의 변화 : High Ni
  • 배터리셀 과 팩 레벨의 에너지 밀도
  • 배터리팩 주요 부품의 구성

Part 4. 배터리 셀, 모듈, 팩 플랫폼 동향

  • EV 플랫폼과 배터리팩 개발 동향
    • VW MEB
    • HKMC e-GMP
    • GM Ultium
    • Tesla
    • Toyota e-TNGA
  • Module-free 배터리팩의 특징
    • BYD CTP 팩
    • CATL CTP 팩
    • Hybrid battery pack 적용
    • AB battery pack 시스템

Part 5. 전기자동차 배터리팩 사양 분석

  • 배터리셀과 팩의 판가 전망
  • 승용차용 전기자동차 배터리팩 평균 용량(kWh)
  • 전기자동차 배터리팩 에너지 밀도 분석(kWh/kg)
  • 전기자동차 배터리 팩 Usable energy 분석
  • 배터리팩 주요 부품들의 무게 비중
  • 주요 EV 배터리팩 사양 요약 1
  • 주요 EV 배터리팩 사양 요약 2
  • 주요 EV 배터리팩 사양 요약 3 (Usable energy)

Part 6. 팩의 주요 구성 부품

  • 셀 구성 소재 및 부품
    • 리튬이온 2차 전지
    • 양극재 종류
    • 음극재 종류
    • 분리막 종류
    • 전해액 종류
  • 배터리셀 타입 별 주요 구성요소
  • 배터리팩용 Thermal Interface Materials (TIM) 소재
    • TIM 종류
    • TIM 주요 소재
    • EV 적용 사례
    • TIM 형태 및 소재 비교
    • TIM 주요 고려 사항
    • TIM 개발 동향
    • TIM 타입별 전망

Part 6. 팩의 주요 구성 부품

  • 배터리 팩 용 Housing(Tray, Cover, Gasket) 및 Cooling plate 소재
    • 하우징 개발 및 소재 동향
    • 고분자 복합소재
    • Al 합금소재
    • 스테인레스 스틸 소재
    • 팩 sealing gasket 소재
    • 팩 cooling plate 소재
  • 팩 보호를 위한 난연소재 및 솔루션
    • 열폭주(Thermal Runaway)
    • 배터리팩 난연의 필요성
    • 열폭주 방지 솔루션
  • 셀간 부품 및 소재
    • 모듈은 구성하는 부품 소재 (원통형,각형,파우치형 모듈)
    • 셀간 절연소재 (Foams)
    • Compression pad
    • 연결용 전기 부품 (Busbar, FPCB)
    • 연결용 전기 부품 소재 요약(Copper,Al)
    • 연결부품 접합 기술(Soldering / Welding)

Part 7. 주요 업체 현황

  • 셀 관련 업체
    • 셀 gasket: 상아프론테크
    • 셀 CAN: 상신EDP, 동원시스템즈
    • 셀 파우치: 율촌화학
  • 모듈 팩 관련 업체
    • Busbar & ICB Assembly: 한국단자공업(KET) / 영화테크 / LS EV코리아 / 현우산업 / 대덕전자
    • Harness Assembly: 유라코퍼레이션 / 경신
    • Housing Assembly: 한주금속 / 알루코(동양강철) / 인지컨트롤스 / 신성델타테크
    • Thermal Management System: 한온시스템
    • Thermal Management Materials: WACKER / Saint-Gobain PPL
    • Pack gasket: 동아화성
    • Pack Module Manufacturing: 세방리튬배터리 / 야마다웰드테크코리아 / 트럼프코리아
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