<2025> 차세대 리튬메탈 배터리 기술개발 현황 및 시장전망

현재 전기차 시장은 성장의 한계에 직면하고 있습니다. 전 세계적으로 전기차 판매는 예상보다 더디게 증가하고 있으며, 이는 주로 충분한 충전 인프라 부족과 배터리 기술의 한계 때문입니다. 이러한 상황에서 전기차의 주행거리 범위 불안과 충전 시간 문제를 해결하기 위해 혁신적인 배터리 기술이 절실히 필요합니다. 특히, 전기차의 주행 거리와 성능을 크게 좌우하는 배터리의 에너지 밀도와 효율성 개선이 중요합니다.

이때 리튬 메탈 배터리가 주목받고 있습니다. 리튬 메탈 배터리는 기존 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 높고, 더 긴 주행 거리를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 기술은 전기차의 범위 불안을 해소하고 더 나은 성능을 제공함으로써 전기차 시장의 성장을 촉진할 수 있는 유망한 해결책으로 평가받고 있습니다. 리튬 메탈은 이론상 용량(-3860 mAh/g)이 매우 높고 가장 낮은 전기화학적 전위(-3.04 V vs. 수소 기준 전극) 뿐만 아니라 가장 낮은 밀도(0.53g/cm3)를 갖습니다. 이러한 특성으로 인해 리튬 메탈 음극은 높은 단위 무게 및 단위 부피당 용량과 출력을 낼 수 있는 가장 유망한 소재로 평가됩니다.

또한 이외에도 음극에 리튬이 없는 기재를 사용하거나 극소량의 리튬만을 적용하는 무음극(Anode-less/Anode-free) 기술 역시 활발히 연구가 이루어지고 있습니다. 무음극 기술은 셀 내에 excess lithium이 없기 때문에 에너지 밀도를 더욱 높이고, 제조 비용을 절감할 수 있는 장점이 있습니다.

그러나 이러한 기술은 여전히 몇 가지 한계점을 가지고 있습니다. 리튬메탈 음극의 경우, dendrite 성장과 낮은 쿨롱 효율(Coulombic Efficiency) 문제가 주요 이슈로 여겨집니다. dendrite 성장은 배터리의 수명을 단축시키고, 심한 경우 안전 사고를 유발할 수 있습니다. 무음극 기술도 역시 dendrite 성장과 낮은 쿨롱 효율 문제를 해결해야 하며, 초기 충전 시 리튬 금속이 균일하게 증착되지 않으면 배터리 안정성이 크게 저하될 수 있다는 문제를 안고 있습니다. 따라서 이러한 기술을 상용화하기 위해서는 dendrite 성장을 억제하고 쿨롱 효율을 향상시키는 방법을 개발해야 합니다. 이를 위해 전해질 설계 개선, 표면 보호막 적용, 3D 구조 설계 등 다양한 연구가 진행되고 있습니다.

본 보고서에서는 향후 유망한 차세대 음극재로 손꼽히는 리튬메탈 음극 및 무음극 기술과, 이 기술의 문제점을 극복하기 위한 내용을 중심으로 최신 연구개발 동향을 다루었습니다. 또한 한국·중국·일본 및 북미, 유럽의 50여개에 달하는 리튬메탈 관련 업체와 연구기관의 기술 및 개발 현황에 대해 살펴보았습니다. 마지막으로 시장 부분은 향후 펼쳐질 차세대 배터리 시장을 배경으로, 리튬메탈 배터리가 전기차 등 어플리케이션에 적용되는 상황을 고려하여 2035년까지의 리튬메탈 음극 및 리튬메탈 배터리 시장의 수요와 그 규모를 이상적, 보수적 시나리오로 나누어 전망하였습니다.

본 보고서의 Strong Point
① Li metal 제조 기술 및 주요 issue 총망라
② Li metal 배터리 및 Anodeless 관련 최신 연구개발 동향 소개
③ Li metal 배터리 관련 주요 Player별 기술 동향 및 전략 파악

목차

1. 서론

• 1.1 리튬이온 이차전지 요구 특성
• 1.2 리튬이온 이차전지 개발 동향

2. 음극 기술 및 개발 현황

• 2.1 리튬이온 이차전지 음극 개요
• 2.2 리튬이온 이차전지 음극 개발 동향
• 2.3 차세대 음극재 개발 방향(Li-metal anode, Anode-less)

  3. 리튬메탈 제조기술 및 공급 현황

  • 3.1 리튬 생산 및 공급 현황
    • 3.1.1 글로벌 리튬 부존량
    • 3.1.2 글로벌 리튬 생산
    • 3.1.3 리튬 sources : Mineral, Ores, Brines
    • 3.1.4 리튬 수요 전망
  • 3.2 리튬메탈 제조기술
    • 3.2.1 리튬 소재기술
    • 3.2.2 리튬메탈 음극 제조기술
  • 3.3 리튬메탈 제조기술 이슈
    • 3.3.1 리튬메탈 음극 제조기술 한계
    • 3.3.2 고비용 구조

  4. 리튬메탈 배터리 연구개발 동향

  • 4.1 리튬메탈 배터리 개발 역사
    • 4.1.1 개요
    • 4.1.2 리튬메탈 배터리 역사 및 필요성 대두
  • 4.2 리튬메탈 배터리 주요 이슈
    • 4.2.1 Li dendritic growth
    • 4.2.2 SEI Layer issue
  • 4.3 리튬메탈 배터리 연구개발 동향
    • 4.3.1 인위적인 표면 보호막 (Artificial SEI)
    • 4.3.2 신구조체 설계 (New structure design)
    • 4.3.3 전해질 개선 (Electrolyte modification)
    • 4.3.4 무음극 설계 (Anodeless design)

  5. 리튬메탈 관련 업체별 사업현황

  • 5.1 개요
  • 5.2 아시아 업체
    • 5.2.1 삼성SDI
    • 5.2.2 LG 에너지솔루션
    • 5.2.3 SK 온
    • 5.2.4 UBATT
    • 5.2.5 CATL
    • 5.2.6 EVE
    • 5.2.7 Prologium
    • 5.2.8 Qingtao Energy
    • 5.2.9 Welion
    • 5.2.10 Montavista
    • 5.2.11 Shenzen Inx Technology
    • 5.2.12 현대자동차
    • 5.2.13 포스코
    • 5.2.14 에코프로 이노베이션
    • 5.2.15 니바 코퍼레이션
    • 5.2.16 솔룸신소재
    • 5.2.17 Ulvac Inc
    • 5.2.18 Honjo Metal
    • 5.2.19 Santoku
    • 5.2.20 Ganfeng Lithium
    • 5.2.21 Tianqi Lithium
    • 5.2.22 China Energy Lithium (CEL)
    • 5.2.23 Wuxi Sunenergy Lithium
    • 5.2.24 BTR
    • 5.2.25 SoftBank
    • 5.2.26 산업기술종합연구소(AIST)
    • 5.2.25 물질재료연구기구(NIMS)
  • 5.3 유럽 업체
    • 5.3.1 Blue Solutions
    • 5.3.2 LionVolt
    • 5.3.3 Volkswagen
    • 5.3.4 Mercedes-Benz
    • 5.3.5 SIDRABE
    • 5.3.6 IMEC
  • 5.4 북미 업체
    • 5.4.1 SES AI
    • 5.4.2 QuantumScape
    • 5.4.3 Solid Power
    • 5.4.4 Factorial Energy
    • 5.4.5 SOELECT
    • 5.4.6 TeraWatt Technology
    • 5.4.7 Hydro Quebec
    • 5.4.8 Sion Power
    • 5.4.9 Lyten Energy
    • 5.4.10 Enpower Greentech
    • 5.4.11 PolyPlus
    • 5.4.12 Sepion Technologies
    • 5.4.13 Ion Storage Systems
    • 5.4.14 Sakuu
    • 5.4.15 Pure Lithium Corp.
    • 5.4.16 GM
    • 5.4.17 Ford
    • 5.4.18 Li-Metal Corp
    • 5.4.19 Albemarle
    • 5.4.20 Rio Tinto Lithium
  • 5.5 주요 업체 요약

  6. 시장 전망

  • 6.1 개요
    • 6.1.1 리튬메탈 배터리 종류 및 원가 구성
    • 6.1.2 리튬메탈 배터리 Roadmap
    • 6.1.3 리튬메탈 배터리 상업화 시나리오
  • 6.2 Li metal anode 시장전망
    • 6.2.1 리튬메탈 음극 수요 전망
    • 6.2.2 리튬메탈 음극 가격 전망
    • 6.2.3 리튬 원료 가격 전망
    • 6.2.4 압출-압연 방식 리튬포일 제조 비용
    • 6.2.5 리튬메탈 배터리 수요 및 침투율 전망
    • 6.2.6 리튬메탈 배터리 가격 및 시장규모 전망
    • 6.2.6 리튬메탈 배터리 가격 및 시장규모 전망
    • 6.2.7 리튬메탈 배터리 용도별 수요 전망