리튬 배터리 양극재 산업 연구 보고서

리튬 배터리 양극재 산업 연구 보고서

목차

리튬 배터리는 주로 다음과 같이 구성됩니다. 음극 재료양극재, 음극재, 분리막, 전해질 및 배터리 쉘로 구성됩니다. 양극재는 리튬 배터리의 전기 화학적 성능을 결정하는 결정적인 요소로, 배터리의 에너지 밀도와 안전성을 직접적으로 결정하며, 이는 다시 배터리의 전반적인 성능에 영향을 미칩니다.

양극재는 리튬 배터리 재료 원가에서 가장 큰 비중을 차지하며 45%를 차지하며 그 비용도 배터리 전체 원가를 직접 결정합니다. 따라서 양극재는 리튬 배터리에서 중요한 역할을하며 리튬 배터리 산업의 발전을 직접적으로 이끌고 있습니다.

전기 자동차의 비용 구성에서 전력 시스템이 50%에 가까운 가장 큰 비중을 차지합니다. 전력 시스템은 주로 배터리, 모터, 전자 제어로 구성되며, 이 중 배터리가 핵심으로 76%의 비용을 차지하고 모터가 13%, 전자 제어가 11%를 차지합니다.

배터리 시스템의 비용 구성에서 양극은 배터리 비용의 약 45%, 음극은 배터리 비용의 약 10%, 분리막은 배터리 비용의 약 10%, 전해질은 배터리 비용의 약 10%를 차지합니다. 비율은 약 10%이고 다른 성분은 약 25%를 차지합니다.

양극 재료의 구성

리튬 배터리 양극재에는 주로 활물질, 전도제, 용매, 바인더, 집전체, 첨가제, 보조 재료 등이 포함됩니다. 양극재의 주요 원료로는 황산니켈, 황산망간, 황산코발트, 금속 니켈, 배터리 등급 탄산리튬, 배터리 등급 수산화리튬 등이 있으며 주요 보조 재료로는 가성소다, 암모니아수, 황산 등이 있습니다. 이러한 원재료 및 보조 재료는 주로 벌크 화학 물질입니다. 시장 공급은 비교적 충분합니다.

음극 재료 분류

음극 재료 분류

리튬 배터리는 양극재 시스템에 따라 나뉘며, 일반적으로 리튬 코발트 산화물(LCO), 리튬 망간산염(LMO), 리튬 철 인산염(LFP), 삼원계 소재인 니켈 코발트 리튬 망간산염(NCM), 니켈 코발트 알루미늄산 리튬(NCA) 등으로 나눌 수 있습니다. 이 중 인산철 리튬은 주로 신에너지 자동차 및 에너지 저장 배터리 시장에서, 삼원계 소재는 신에너지 승용차, 전기 자전거 및 전동 공구 배터리 시장에서 널리 사용되고 있습니다.

양극재마다 장단점이 다릅니다. 리튬 코발트 산화물 양극재는 전기 화학적 성능과 처리 성능이 우수하고 상대적으로 높은 비 용량을 가지고 있지만 리튬 코발트 산화물 소재는 비용이 높고 (금속 코발트는 비싸다) 사이클 수명이 짧습니다. 안전 성능이 떨어집니다.

리튬 망간산염은 코발트산 리튬에 비해 풍부한 자원, 저렴한 비용, 무공해, 우수한 안전 성능 및 우수한 속도 성능의 장점을 가지고 있습니다. 그러나 비 용량이 낮고 사이클 성능, 특히 고온 사이클 성능이 좋지 않아 적용이 크게 제한됩니다.

리튬 인산철은 저렴하고 환경 친화적이며 안전 성능이 높고 구조적 안정성과 사이클 성능이 우수하지만 에너지 밀도가 낮고 저온 성능이 좋지 않습니다. 니켈-코발트-망간 삼원계 소재는 리튬 코발트산염, 리튬 니켈산염 및 리튬 망간산염의 장점을 결합한 소재입니다. 인산철 리튬 및 망간산 리튬과 같은 양극 소재에 비해 삼원계 소재는 에너지 밀도가 높고 순항 범위가 더 깁니다.

양극재 산업 체인

양극재는 리튬 이온 배터리의 가장 중요한 원재료입니다. 리튬 배터리용 양극재의 업스트림은 리튬, 코발트, 니켈 및 기타 광물 원료를 전도성 제제 및 바인더와 결합하여 전구체를 만드는 것입니다. 전구체는 특정 공정을 통해 합성되어 다양한 분야에서 사용되는 양극 소재를 얻습니다.

리튬 배터리의 양극재는 리튬 배터리의 전기 화학적 성능에 결정적인 요소이며 배터리의 에너지 밀도와 안전 성능에 주도적 인 역할을하며 양극재 비용도 높습니다. 다운스트림 리튬 배터리 제조 분야는 주로 전력 리튬 배터리, 소비자 리튬 배터리 및 에너지 저장 리튬 배터리로 나뉘며 궁극적으로 새로운 에너지 차량, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터 및 전력 저장소에 사용됩니다.

양극재 시장 규모

양극재 시장 규모

업스트림 리튬, 코발트, 니켈 및 기타 금속 가격의 급격한 상승으로 인해 양극재 가격도 급격히 상승했습니다. 2021년 중국의 양극재 생산액은 전년 대비 123.11% 증가한 1,419억 1,000만 위안으로 2017년의 생산액 증가를 넘어설 것으로 예상됩니다.

데이터에 따르면 2021 년 중국의 리튬 이온 배터리 양극재 출하량은 1094 만 톤으로 전년 대비 98.51 TP3T로 크게 증가 할 것입니다. 이 중 리튬 인산철 양극재 출하량은 45만 5천 톤으로 41.6%를 차지하고, 삼원계 양극재 출하량은 42만 2천 톤으로 38.6%를 차지할 것으로 예상됩니다. 인산철 리튬의 출하량이 삼원계 양극재의 출하량을 넘어섰습니다. 전문가들은 2025년까지 중국의 양극재 출하량이 471만 톤에 달할 것으로 예상하고 있으며, 이 시장은 성장 여지가 매우 크다고 전망합니다.

양극재 경쟁 환경

양극재는 4대 주요 소재 중 경쟁이 가장 치열하고 산업 집중도가 상대적으로 분산되어 있습니다. 2020년에 양극재 CR6는 38%에 달할 것이며, 산업 집중도는 분리막, 전해질, 양극의 절반에 불과합니다.

업계의 전반적인 경쟁 패턴의 관점에서 볼 때 리튬 인산 철 양극재의 출하량이 급격히 증가함에 따라 후난 유넝과 데팡 나노는 2021 년 전체 양극재 업계에서 각각 1 위와 2 위를 차지했습니다. 앞으로 배터리 회사, 대형 화학 회사 및 업스트림 광산 회사가 양극재 분야에 진출함에 따라 전체 산업의 경쟁이 더욱 치열 해지고 전체 산업 패턴이 여전히 큰 변화를 겪을 수 있습니다.

삼원계 양극재 산업의 경쟁 환경은 흩어져 있지만 안정적입니다. 현재 전 세계 삼원계 소재 생산 능력은 주로 중국, 한국, 일본에 집중되어 있습니다. 그 중 2021년에 중국의 삼원계 소재 출하량은 전 세계 삼원계 소재 출하량의 58.77%를 차지하여 전체의 절반 이상을 차지할 것입니다.

중국 제품은 주로 NCM, 일본의 삼원계 소재는 주로 NCA, 한국은 NCM과 NCA를 모두 보유하고 있습니다. 2021년 중국 삼원계 양극재 시장 점유율 상위 3개 업체는 룽바이 테크놀로지, 당성 테크놀로지, 톈진 바모입니다.

양극재의 2가지 개발 방향

양극재의 두 가지 개발 방향

리튬 배터리의 다운스트림 성능 요구 사항이 지속적으로 개선됨에 따라 양극재는 새로운 기술 반복과 업그레이드의 시기를 맞이할 것입니다. 리튬 철 망간 인산염과 하이 니켈 삼원계로 대표되는 두 가지 기술 경로가 가장 명확합니다. 리튬 철 망간 인산염 배터리는 내년이 될 것으로 예상됩니다. 상용 적용을 시작하면서 삼원계 배터리에서 하이니켈 삼원계의 비율은 계속 증가할 것입니다.

리튬 철 망간 인산염은 업그레이드 방향입니다.

리튬 인산철 배터리의 에너지 밀도는 매우 높습니다. 리튬망간철인산철(LMFP)은 리튬인산철의 업그레이드 버전입니다. 리튬망간철인산염(LiMnxFe1-xPO4)은 리튬철인산염(LiFePO4)을 기반으로 일정 비율의 망간(Mn)을 도핑하여 형성된 새로운 유형의 인산염입니다. 리튬 이온 배터리 양극 소재.

망간 원소의 도핑을 통해 한편으로는 철과 망간의 장점을 효과적으로 결합 할 수 있으며, 다른 한편으로는 망간과 철의 도핑이 원래 구조에 큰 영향을 미치지 않습니다. 높은 에너지 밀도는 리튬 철 인산염에 비해 리튬 철 망간 인산염의 핵심 장점입니다.

리튬 철 인산염과 리튬 철 망간 인산염의 이론적 그램 용량(170mAh/g)은 동일하지만 방전 플랫폼은 다릅니다. 리튬 망간 철 인산염에서 망간 이온의 개방 회로 전압 방전 플랫폼은 4.1V이고 리튬 망간 철 인산염의 전체 방전 플랫폼은 3.8V-4.1V입니다.

리튬 철 인산염의 이론적 방전 플랫폼은 3.4V이고 실제 수준은 3.2-3.3V입니다. 리튬 철 인산염에 비해 리튬 철 망간 인산염은 더 높은 전압 플랫폼을 가지고 있으며 에너지 밀도는 리튬 철 인산염보다 약 15% 더 높을 수 있으며 리튬 철 인산염 전지의 안전성과 저비용 특성을 유지합니다.

삼원계 음극의 높은 니켈화 추세

삼원계 음극의 높은 니켈화 추세

Ni 원소 비율이 60% 이상인 것을 하이니켈 삼원계 소재라고 합니다. 하이니켈 삼원계는 장거리 차량의 주류 기술로 계속 성장할 것입니다. 관련 기술의 발전과 차량 플랫폼 기능의 통합으로 신에너지 차량은 앞으로도 더 높은 에너지 밀도와 더 긴 순항 거리를 향해 계속 발전해 나갈 것입니다.

리튬 이온 배터리의 개발 추세가 점점 더 분명해지고 있습니다. 데이터에 따르면 2021년 중국의 삼원계 양극재는 여전히 고전압 Ni5 계열 제품이 46%를 차지하며 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, Ni8 계열 하이니켈 제품이 36%, Ni6 계열 제품이 16%를 차지합니다.

기술적 관점에서 볼 때 하이니켈 삼원계는 다른 양극재보다 기술 장벽이 높습니다. 더 높은 연구 개발 기술이 필요할 뿐만 아니라 더 효율적이고 안정적인 엔지니어링 기술 역량과 더 정교한 생산 관리 수준이 필요합니다.

에너지 밀도의 관점에서 볼 때, 초고 니켈 양극 소재의 도입 후 배터리 셀의 에너지 밀도는 300-400Wh/kg에 도달하여 리튬 인산철 배터리 셀과의 격차를 넓혀 새로운 에너지 차량의 요구 사항을 더 잘 충족 할 수 있습니다. 지능형 개발 요구 사항.

비용 측면에서 하이 니켈 삼원계 양극재는 코발트 금속을 덜 사용하여 원자재 비용을 줄이고 하이 니켈 삼원계 리튬 배터리의 단가 하락을 가져와 새로운 에너지 차량의 대중화에 도움이됩니다. 하이니켈 배터리 트랙에서 CATL, 파나소닉, LG 에너지, 삼성SDI, SKI 등과 같은 선도 업체는 니켈 함량이 80% 이상인 NCM 및 NCA 배터리를 양산 및 공급하고 있으며, 니켈 함량 90% 이상의 초고 니켈 배터리를 목표로하고 있습니다.

기타 양극재 기술 경로

기타 양극재 기술 경로

리튬이 풍부한 망간 기반 양극재: 높은 에너지 밀도, 저비용, 친환경성이라는 특징을 가지고 있습니다. 향후 가능한 양극재 개발 방향입니다. 비 용량은 300mAh/g에 달하며, 이는 현재 상업적으로 사용되는 리튬 인산철보다 훨씬 높습니다. 삼원계 소재 및 삼원계 소재와 같은 양극재의 비방전 용량은 전력 리튬 배터리의 에너지 밀도가 400Wh/kg을 초과하기 위한 기술적 핵심입니다.

동시에 리튬이 풍부한 망간 기반 소재는 주로 저렴한 망간 원소를 기반으로 하며 귀금속 함량이 적습니다. 일반적으로 사용되는 리튬 코발트 산화물 및 니켈-코발트-망간 삼원계 양극재에 비해 비용이 저렴할 뿐만 아니라 안전성도 더 우수합니다.

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