＜시장보고서＞ 이차전지(LFP, 리튬이온, 전고체)와 4대 핵심소재 기술개발 동향과 시장 전망

[이윤배]

 주식회사 리서치컴퍼니 (https://researchcompany.co.kr)
우리나라의 핵심 주력 산업인 이차전지가, 최근 급성장하는 전기차 시장과 미국 인플레이션 감축법(IRA)으로 다시금 주목받고 있다.

2022년 글로벌 배터리 전기차(BEV)는 반도체 공급 병목 현상과 고금리로 인한 소비 위축에도 불구하고 802만대의 판매 실적을 올리며 완성차 판매 중 약 10%의 비중을 차지하고 있다. 전기차에서 배터리는 전체 원가 중 30~40%를 차지하는 핵심 요소로, 각국에서 육성하는 전기차 시장을 기반으로 비례적으로 성장할 것으로 예측되고 있다.

하지만, 북미에서 제조ㆍ조립한 부품 및 핵심광물을 사용해야 세제 혜택을 받을 수 있는 미국 인플레이션 감축법(IRA)은 국내 기업들에게 향후 소재 조달 측면에서의 불확실성을 해결해야 하는 과제를 부여하고 있다.

이러한 이차전지는 전기차 이외에도 소형 디바이스부터 ESS와 같은 대형기기 까지도 활용되고 있으며, 또한 UAM, 로봇, 스마트홈 등 미래산업 핵심 기술로도 적용이 가능하여 다양한 산업으로 확장 가능성이 있다. 또한, 최근 고성능화ㆍ저비용화를 통해 빠르게 진화하고 있다.

글로벌 이차전지 시장규모는 주력 시장인 전기차 보급률이 크게 확대되면서 향후 10년간 8배 성장하고, 특히 전체 시장에서 과점하고 있는 전기차용 이차전지는 향후 동 기간 10배 확대될 것으로 전망되고 있다.

하지만, 이차전지 기술에는 여전히 高난이도의 사안도 많으며, 또한 애플리케이션별로 요구되는 사양 및 특성이 크게 다르다는 점도 장기적인 기술 전개와 시장 확대에 호재만은 아닐 것으로 판단된다.

한편, 최근 주요 완성차 제조업체들이 전기차에 리튬인산철(LFP) 배터리 탑재를 확대하고 있다. 주요국들이 최근 전기차 구매보조금을 폐지 및 축소하여 저가형 모델에 대한 수요가 증가하면서, LFP 배터리 탑재를 적극 추진하게 되었다.

LFP 배터리 시장은 이미 중국 내수시장을 중심으로 급성장하였으며, 최근 기술 진화로 에너지밀도(Wh/kg)가 높아지면서 주행거리가 보다 개선되어 LFP 배터리를 탑재한 중국산 EV의 수출이 유럽, 호주, 남미 등을 중심으로 증가하고 있다.

또한, 리튬이온 배터리 한계를 극복할 전고체 전지에도 민ㆍ관이 매진하고 있다. 우리 정부는 전고체 전지 상용화에 2030년까지 20조 원을 투자할 계획이며, 국내 주요 배터리 3社(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온)는 모두 전고체 배터리 시제품 생산 공장을 국내에 구축할 예정이다.

전고체 전지는 폭발과 화재 등의 위험성이 없어 안전성과 관련된 부품들을 줄이고, 그 자리에 배터리 용량을 늘릴 수 있는 활물질을 채운다. 최근에는 다수의 업체들이 전고체 전지 프로토타입과 이를 장착한 전기차를 제조하고 있다.

하지만, 실질적으로는 100% 고체 전해질로 만들어진 완전한 전고체 배터리가 아닌 '반고체 배터리'로 평가되고 있으며, 아직까지는 생산 공정 미성숙과 높은 생산 비용 등의 과제를 안고 있다.

이에, 세계적으로 주목받고 있는 이차전지 분야에 관심이 있는 기관ㆍ업체의 실무담당자들에게 연구개발, 사업전략 수립의 기초자료를 제공하기 위하여, 본서를 기획하였다.

모쪼록 유용한 정보로 활용되어 미력하나마 이차전지 관련 산업의 경쟁력 강화에 기여할 수 있는 자료가 되기를 기대해본다.

[ 도서 목차 ]
Ⅰ. 이차전지 및 4대 핵심소재 기술 동향과 시장 전망
1. 이차전지와 핵심 소재 개발 동향과 시장 전망
  1-1. 리튬이온전지의 개요
    1) 개념
    2) 원리 및 구조
    3) 소재별 주요 동향
      (1) 양극재
      (2) 음극재
      (3) 분리막
      (4) 전해질
      (5) 도전재
      (6) 바인더
    4) 생산 공정
      (1) 전극(극판) 공정 (Electrode Process)
      (2) 조립 공정 (Electrode Process)
      (3) 화성 공정 (Formation Process)
      (4) 기타 공정
    5) 장애 요소
  1-2. 국내외 리튬이온전지 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 이차전지 시장 동향과 전망
      (1) 용도별 시장규모 및 전망
      (2) 종류별 시장규모 전망
      (3) 국가별 시장규모 전망
      (4) 리튬이온전지 가격 동향
    2) 이차전지 소재별 시장 동향과 전망
      (1) 소재별 시장규모 및 전망
      (2) 양극재 분야 시장 점유율과 서플라이체인
      (3) 음극재 분야 시장 점유율과 서플라이체인
      (4) 분리막 분야 시장 점유율과 서플라이체인
      (5) 전해액 분야 시장 점유율과 서플라이체인
      (6) 도전재 분야 시장 점유율과 서플라이체인
      (7) 바인더 분야 시장 점유율과 서플라이체인
    3) 국내 이차전지 산업 이슈
      (1) 이차전지산업 종합경쟁력
      (2) 배터리 제조사 및 완성차 기업 간 주요 합작 사례
    4) 국내 이차전지 서플라이체인
      (1) LG에너지솔루션
      (2) SK이노베이션(SK온)
      (3) 삼성SDI
  1-3. 이차전지 관련 광물 동향
    1) 세계 배터리 광물 시황
      (1) 배터리 광물 시장 동향
      (2) 베이스 광물 시장 동향
    2) 중국 배터리 광물 시황
      (1) 고순도 니켈 생산국 러시아
      (2) 광물 가격 인상으로 인한 중국 EV 기업의 가격 인상
      (3) 배터리 광물 자원 확보
    3) 완성차 업계와 주요국들의 대응 동향
      (1) 자동차 OEM 기업들의 전기차(EV) 배터리에 대한 광물 자원 확보
      (2) 중국, 전기차(EV) 판매 증가와 레어어스 산업의 통합
      (3) 일본, 경제 안전 보장 추진법
      (4) 미국, 강력한 공급체인 강화 추진
      (5) 중남미, 좌파 정권의 전략적 광물 자원의 관리
      (6) 인도네시아 광물 정책
      (7) 아프리카 국가들의 광산 사업 분쟁
    4) 주요 배터리용 광물 가격 및 국내 업체 동향
      (1) 배터리용 광물 가격
      (2) 국내 업체 동향

2. 주요 이차전지별 연구개발 현황과 주요국별 비교
  2-1. 주요 이차전지별 연구개발 동향
    1) 리튬이온 전지
    2) 리튬 금속 전지
    3) 리튬 전이금속 산화물 전지
    4) 리튬 유황 전지
    5) 리튬 공기 전지
    6) 리튬 전고체 전지
    7) 그 밖의 캐리어를 사용하는 전지
  2-2. 이차전지별 주목할 만한 동향
    1) 전지별 최근 동향
      (1) 리튬이온 전지
      (2) 리튬금속 전지
      (3) 전고체 전지
      (4) 그 밖의 전지
    2) 주요국별 주목할 만한 프로젝트
  2-3. 과학 기술적 향후 과제
  2-4. 주요국별 기술개발 현황 비교
    1) 중국
      (1) 기초 연구
      (2) 응용 연구ㆍ개발
    2) 일본
      (1) 기초 연구
      (2) 응용 연구ㆍ개발
    3) 미국
      (1) 기초 연구
      (2) 응용 연구ㆍ개발
    4) 유럽
      (1) 기초 연구
      (2) 응용 연구ㆍ개발
    5) 한국
      (1) 기초 연구
      (2) 응용 연구ㆍ개발

Ⅱ. 리튬인산철(LFP)ㆍ전고체ㆍ폐배터리 활용의 기술 트렌드와 향후 전망
1. LFP 배터리 기술개발 동향과 시장 전망
  1-1. LFP 배터리의 기술 개요
    1) 리튬인산철계의 특징
      (1) 리튬이온 전지의 구조
      (2) 리튬인산철(LFP) 개념
      (3) LFP 배터리의 생산원가 구조
    2) 삼원계(NMC) 및 니켈산 리튬(NCA)과의 차이
      (1) 결정 구조
      (2) 작동 전압
      (3) 희소성
    3) 리튬인산철계의 장단점
    4) 에너지밀도
      (1) 리튬 인산철(LFP) 전지
      (2) 리튬 티탄산(LTO) 전지
      (3) 리튬 코발트 산화물(LCO) 전지
      (4) 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC) 전지
  1-2. 글로벌 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 시장 전망
    2) LFP 배터리의 점유율 확대
      (1) LFP 배터리 시장 이력
      (2) LFP 배터리 탑재가 증가하는 이유
      (3) EV 배터리 시장 예측
    3) EV용 배터리의 양극재 시장 : NMC vs LFP
      (1) 배터리셀 비용 비교
      (2) 배터리의 공급체인 문제점
  1-3. 중국 LFP 배터리 시장과 공급체인
    1) 중국 시장 동향과 전망
      (1) 전기차용 LFP 배터리 비중 및 업체 점유율
      (2) 향후 전망
    2) LFP 배터리 공급체인
      (1) 채굴 / 정제련
      (2) 소재ㆍ부품 / 셀
      (3) 조립 / 소비자
  1-4. 국내 배터리 기업이 주목하는 이유와 정부 육성 방향
    1) 국내 배터리 기업이 주목하는 이유
    2) 정부 육성 방향
  1-5. 주요 업체별 기술개발 동향과 사업 전략
    1) 배터리 제조업체
      (1) CATL
      (2) BYD
      (3) LG에너지솔루션
      (4) 삼성SDI
      (5) SK온
    2) 완성차 업체
      (1) 테슬라(Tesla)
      (2) 토요타(Toyota)
      (3) 포드(Ford)
    3) 기타 업체
      (1) 일레븐Es(ElevenEs)

2. 전고체전지 개발 동향과 시장 전망
  2-1. 기술 개요
    1) 개념
    2) 종류
      (1) 선두를 달리는 황화물계
      (2) 타지 않는 산화물계
      (3) 기대할 만한 폴리머계
      (4) 그밖의 전해질
    3) 전고체 배터리와 리튬이온 배터리의 장단점
      (1) 전고체 배터리 장점과 단점
      (2) 전고체 배터리와 리튬이온 배터리 비교
  2-2. 글로벌 전고체전지 시장규모 전망
    1) 글로벌 시장동향 및 전망
    2) 용도별ㆍ지역별 시장규모 전망
    3) 가격 전망
    4) 전고체전지 스타트업의 업계 지도와 자금 조달 랭킹
      (1) 전고체전지의 업계 지도(카오스맵)
      (2) 전고체전지 스타트업의 자금 조달 금액 랭킹
      (3) 업계의 M&A
      (4) 주요 전고체전지 스타트업
      (5) 전고체전지 분야에 적극적인 VC, PE 펀드 및 전략적 투자가
  2-3. 전고체전지 관련 기술 이슈 및 개발 동향
    1) 국가별 주요 기술개발 동향
      (1) 일본
      (2) 중국
      (3) 미국
      (4) 한국
    2) 주요 기술개발 이슈
      (1) 고이온전도 고체전해질 기술
      (2) 고체전해질 대기 및 수분 안정성 확보 기술
      (3) 복합 전극 제조 기술
      (4) 바이폴라 전극 제조 기술
      (5) 셀 제조 기술
      (6) 리튬 메탈 음극 제조 기술
      (7) 3D프린터로 전고체전지 생산
      (8) 계면 저항을 낮추기 위한 기술
      (9) 실리콘 웨이퍼를 전고체 배터리에 적용
    3) 주요 업체별 기술동향 및 사업전략
      (1) 토요타
      (2) 볼로레
      (3) 솔리드파워
      (4) 퀀텀스케이프
      (5) LG에너지솔루션
      (6) 삼성SDI
      (7) 현대자동차
      (8) 닛산
      (9) 지에스유아사(GS YUASA)
      (10) 막셀(MAXELL)
      (11) BMW
      (12) 혼다
    4) 향후 연구개발 동향
      (1) 배터리의 용량 확대ㆍ출력 강화
      (2) 전해질의 고체화로 성능 향상
      (3) EV용에 적합한 특성을 가진 Li-S계 이차전지
      (4) 전고체 Li-S계 이차전지 - 전극 재료 모색
      (5) 리튬이온 이차전지의 성능 향상
      (6) MLCC(적층세라믹콘덴서) 기술 활용
      (7) 새로운 음극재 기술의 적용

3. 폐배터리 재활용 시장 동향과 전망
  3-1. 기술 개요
    1) 재이용 시스템의 중요성
    2) 배터리의 수명
    3) 배터리의 재활용
      (1) 폐배터리 재사용(Re-Use)
      (2) 폐배터리 재활용(Re-Cycling)
    4) 순환 사이클 구축
    5) 중요한 광물의 회수
    6) 주요 사례
      (1) Redwood Materials
      (2) Li-Cycle
    7) 활성화를 위한 대응 동향
    8) 환경적 관점의 리튬이온 전지 재활용
  3-2. 국내외 폐배터리 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 시장규모 전망
      (1) 시장규모 전망
      (2) 소재별 시장규모 전망
      (3) 공급원별 시장규모 전망
      (4) 지역별 시장규모 전망
      (5) 배터리 재활용으로 인한 배터리 종류별 비용 절감 효과
      (6) 전기차용 폐배터리의 재활용의 잠재가치
    2) 국내 시장규모 전망
      (1) 시장규모 전망
      (2) 소재별 시장규모 전망
      (3) 공급원별 시장규모 전망
      (4) 국내 정책 동향
    3) 미국의 현황 및 규제
      (1) EV용 폐배터리의 재활용 현황
      (2) DOE에 의한 리튬이온 전지의 재활용을 위한 시책
      (3) 주요 재활용 업체의 동향
    4) 유럽의 현황 및 규제
      (1) 순환 경제를 위한 배터리 규제 개정안 발표
      (2) 국제 표준화를 위한 포석
      (3) 동아시아의 주력 기업을 견제
      (4) 배터리 자원 대국으로 가는 전략
      (5) 시장 원리에 의존하지 않는 배터리 재활용
    5) 중국의 현황 및 규제
      (1) 제도적으로 폐배터리 회수 체계 구축 필요
      (2) 배터리 재활용 기술로 습식 공정 발달
  3-3. 주요 참여업체별 추진 동향과 전략
    1) 폐배터리 재활용 업체의 주요 동향
      (1) 레드우드 머터리얼즈(Redwood Materials)
      (2) 배터리 리소서스(Battery Resourcers)
      (3) 유미코아(Umicore)
      (4) Retriev Technologies
      (5) INMETCO
      (6) 성일하이텍(SungEel HiTech)
      (7) 에코프로(ECOPRO)
    2) 완성차ㆍ배터리 업체의 진출 동향
      (1) 원재료 수입 대체 효과
      (2) 테슬라 : 배터리 소재의 92% 회수
      (3) ESS로 배터리 재사용

Ⅲ. 이차전지의 킬러 애플리케이션별 최근 이슈와 시장 전망
1. 전기차(xEV) 및 전기차용 배터리 시장 동향과 전망
  1-1. 전기차용 이차전지 시장 동향 및 주요업체 대응 전략
    1) 전기차용 이차전지 시장 동향과 전망
      (1) 중ㆍ대형 이차전지 시장규모 및 전망
      (2) 주요 업체 및 점유율 현황
      (3) 서플라이체인
    2) 국내 시장 동향과 전망
      (1) 국내 시장규모 전망
      (2) 세계시장 대비 점유율
      (3) 생산ㆍ수출 동향
      (4) 경쟁력 수준
      (5) 시장 선도 현황
      (6) 소재ㆍ부품ㆍ원재료 한계
    3) 전기차용 배터리 관련 주요 이슈
      (1) 전고체 배터리
      (2) 코발트 free 배터리
      (3) 실리콘 소재 활용
      (4) 포스트 리튬이온전지
  1-2. 국내외 전기차(xEV) 시장 및 주요업체 로드맵
    1) 전기차(BEVㆍPHEV) 시장 동향과 전망
      (1) 연도별 시장규모 전망
      (2) 지역별 시장규모 전망
      (3) 주요국별 점유율
    2) 배터리 전기차(BEV) 시장 동향과 전망
      (1) 연도별 시장규모 전망
      (2) BEVㆍPHEV 판매 비중
      (3) 지역별 시장규모 전망
      (4) 미국 시장
      (5) 유럽 시장
      (6) 중국 시장
      (7) 호주&오세아니아 시장
      (8) 인구 단위 당 판매대수
      (9) 지역별 평균 판매가격
    3) 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV) 시장 동향과 전망
      (1) 연도별 시장규모 전망
      (2) PHEVㆍBEV 판매 비중
      (3) 지역별 시장규모 전망
      (4) 미국 시장
      (5) 유럽 시장
      (6) 중국 시장
      (7) 호주&오세아니아 시장
      (8) 인구 단위 당 판매대수
      (9) 지역별 평균 판매가격
    4) 주요 완성차 업체별 로드맵
      (1) Tesla
      (2) BYD
      (3) SGMW(SAIC-GM-우링 자동차)
      (4) Volkswagen
      (5) BMW
      (6) Daimler
      (7) SAIC(상하이 자동차)
      (8) Volvo
      (9) Audi
      (10) Hyundai
      (11) Kia
      (12) Toyota
      (13) Ford
      (14) GM
    5) 글로벌 전기 상용차 시장 동향과 전망
      (1) 글로벌 보급 동향과 전망
      (2) 미국 전기 트럭 시장
      (3) 중국 전기트럭 시장
      (4) 국내 전기버스 시장
    6) 국내 전기차(xEV) 시장동향과 전망
      (1) 국내 시장 규모와 전망
      (2) 국내 업체별ㆍ모델별 판매 동향

2. 전기자전거 및 전기자전거용 배터리 시장 동향과 전망
  2-1. 전기자전거 기술 개요
    1) 개념
    2) 구조
    3) 분류
      (1) 전동력 전달방식에 따른 분류
      (2) 조작 방식에 따른 분류
    4) 전기자전거 법규 및 기준
  2-2. 해외 전기자전거와 배터리 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 전기자전거 시장규모와 이용 형태
      (1) 글로벌 시장
      (2) 중국 시장
      (3) 미국 시장
      (4) 유럽 시장
      (5) 국내 시장
    2) 완성차 업체들이 전기자전거에 주목
    3) 글로벌 전기자전거용 배터리 시장
      (1) 시장 동향과 전망
      (2) 배터리 업체들이 주목
  2-3. 주요국별 전기자전거 시장 동향과 전망
    1) 중국 시장
      (1) 전기자전거 및 배터리 시장 동향과 전망
      (2) 전기자전거 주요 기업과 점유율
    2) 유럽 시장
      (1) 독일 시장
      (2) 네덜란드 시장
    3) 미국 시장
    4) 국내 시장

3. 이차전지 주요 애플리케이션인 ESS 시장 동향과 전망
  3-1. 국내외 에너지저장장치(ESS) 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 시장
    2) 북미 시장
    3) 중국 시장
    4) 국내 시장
  3-2. 주요국별 ESS 관련 이슈 및 정책 추진 동향
    1) 미국
    2) 중국
    3) 일본
    4) 국내

4. 스마트 디바이스 및 소형 이차전지 시장 동향과 전망
  4-1. 스마트 디바이스용 배터리 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 시장
    2) 국내 시장
    3) 주요 업체별 시장점유율
  4-2. 스마트폰 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 시장
      (1) 2022년 판매 실적
      (2) 향후 전망
    2) 국내 시장
      (1) 시장 동향
      (2) 수출 동향
  4-3. 태블릿 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 시장
    2) 국내 시장
  4-4. 웨어러블 디바이스 시장
    1) 글로벌 시장
    2) 국내 시장
  4-5. 스마트워치 시장
  4-6. 이어웨어(무선 이어폰) 시장
    1) 글로벌 시장
    2) 주요 업체별 동향

Ⅳ. 이차전지 및 소재 분야별 주요업체 개발 동향 및 대응 전략
1. 이차전지 소재별 개발 동향 및 대응 전략
  1-1. Cell
    1) 닝더스다이(CATL)
    2) 파나소닉(Panasonic)
    3) 비야디(BYD)
  1-2. 양극재
    1) 스미토모(SUMITOMO Metal)
    2) 유미코아(UMICORE)
    3) 바스프(BASF)
  1-3. 음극재
    1) 신에츠(SHINETSU)
    2) 닝보샨샨(Ningbo Shanshan)
    3) 도카이카본(Tokai Carbon)
  1-4. 전해질
    1) 천사첨단신소재(GUANGZHOU TINCI)
    2) 미쓰비시화학(MITSUBISHI CHEMICAL)
    3) 센젠(SHENZHEN CAPCHEM)
  1-5. 분리막
    1) 아사히 카세이(ASAHIKASEI E-MATERIALS)
    2) 도레이(TORAY BSF)
    3) SHEZHEN SENIOR
  1-6. 차세대 이차전지
    1) IBM
    2) 무라타제작소(MURATA MANUFACTURING)
    3) 볼로레(BOLLORE) 그룹
    4) 아이오닉 머티리얼즈(IONIC MATERIALS)
    5) 솔리드파워(SOLID POWER)
    6) TDK
    7) 히타치조선(HITACHI ZOSEN)
    8) 콘티넨탈(CONTINENTAL)

2. 완성차 업체별 배터리 수급 동향 및 대응 전략
    1) 테슬라(Tesla)
    2) 토요타(Toyota)
    3) 포드(Ford)
    4) BMW
    5) 현대차 그룹(Hyundai Motor Group)
    6) 제너럴모터스(GM, General Motors Corporation)
    7) 스텔란티스(STELLANTIS)
    8) 비야디(BYD)
    9) 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz AG)
    10) 폭스바겐(Volkswagen)
    11) 볼보(Volvo)
    12) 상하이 자동차(SAIC)
    13) 혼다(HONDA)

3. 국내 이차전지 주요업체별 개발 동향 및 대응 전략
    1) LG에너지솔루션
    2) 삼성SDI
    3) SK온
    4) 포스코케미칼
    5) 현대자동차
    6) LS엠트론
    7) 에코프로비엠
    8) 대주전자재료
    9) 파낙스이텍