※ 주간 중국 주요 2차전지 소재 시장동향 (2023. 11. 20 – 2023. 11. 24)

● 니켈광석
출하 비수기와 생산업체의 감산이 이어지고 있으며, 니켈광석의 가격은 계속 하락 중
전반적으로 다운스트림의 비수기와 소비 부진이 이어지는 가운데 인도네시아의 저비용 생산 capa의 확대로 중국 니켈 업체들의 수익성에 강한 압박을 가하고 있음.
니켈 광석 가격은 낙관하기 어려움

● 니켈염 (황산니켈)
황산니켈 가격 하락하고 있으며 시장에서의 경쟁이 치열해지고 있음.
황산니켈은 수요가 부진한 가운데 가격이 계속 하락하고 있는 가운데, 황산니켈의 생산능력이 지속적으로 확대되고 있음.
황산니켈 생산업체들의 이익률이 계속해서 낮아질 경우 생산공장들이 가동 중단이 시작될 수 있음.

● 리튬광석
다운스트림의 수요가 호전되지 않는 가운데, 리튬광석의 가격이 계속 하락하고 있음.
지난 주 리튬광석 가격 하락세가 이어지는 가운데, 아직 하락을 멈출 신호가 분명한 신호가 보이지 않고 있아 리튬 광석 가격의 반등 모멘텀이 부족함.
단기적으로 리튬광석 가격이 약세를 보여줄 것으로 예상됨.

● 리튬염 (탄산리튬)
탄산리튬 가격은 계속 약세를 보이고 있으며 다운스트림의 대량 구매 의사가 아직까지는 보이지 않고 있음.
장기계약 공급이 안정적인 가운데, 공급능력이 비교적 충분하여 시장거래가 활발하지 않고 스팟 가격이 계속 하락하고 있음.

● 3원계 전구체
삼원계 전구체업계는 향후 시장 업황에 대해 부정적이며 삼원계 전기차 수요가 약해질 수 있다는 우려를 가지고 있음.

● 3원계 양극재
3원계 양극재 수요 회복은 리튬인산철 대비 느리고 LFP 대비 중국 시장내 점유율이 계속 낮아지고 있음. 시장은 중국 3원계 산업 체인에 대해 부정적임.

● 음극재
지난 주 국제 유가 가격이 회복하고 아스팔트 가격이 상승하였지만 중저유황 슬러리 가격이 계속 하락하고 침상 코크스 가격 압박이 여전히 존재하고 있음.
침상 코크스 기업의 생산량이 소폭 감소하였으며, 수요측면에서 음극 시장 수요도 전반적으로 약세를 보이고 있음.

구형 흑연 시장은 계속해서 약세를 보여주고 있으며, 수요측의 계속되는 원가절감노력으로 인해 음극재 가격 또한 압박을 받고 있음.

● 리튬인산철
전반적인 시장 상황은 안정적임.
수요가 활발하지는 않지만 가격이 강세를 보여주고 있어 전반적인 시장이 안정적임.
인산철 가격이 안정적인 가운데 주문 또한 안정적인 가운데, 소량 생산 판매를 하는 중소 인산철 제조업체들의 가동률은 높지도 낮지도 않은 상황임.

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1783436506157755931

※ 니켈가격의 하락

최근 리튬가격이 하향 안정화되고 있는 가운데, 삼원계 배터리의 주요 소재인 니켈가격도 빠르게 낮아지고 있습니다.
배터리용 니켈 가격 하락의 원인은 2020년부터 2022년까지 인도네시아를 중심으로 니켈 공급이 크게 늘어났기 때문인데, 그 이면에는 고압산침출법 및 니켈매트 기술과 같은 니켈 생산기술의 발전이 있었습니다.

매장량이 풍부한 니켈산화강이 기술발전을 통해 고순도 배터리용 니켈로 사용될 수 있게 됨으로써 니켈가격은 앞으로도 계속 안정적인 가격을 유지할 것으로 보여집니다.

리튬, 니켈 가격의 하락을 통해 배터리가격은 향후 안정화될 것이며, 특히 니켈 가격의 하락은 삼원계 배터리의 가격경쟁력을 좀 더 높여줄 수 있을 것으로 보여집니다.
그리고 배터리가격의 안정화는 장기적으로 전기차시장의 확대를 좀 더 빠르게 앞당길 것입니다.

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● 니켈의 분류
니켈은 순도에 따라 Class 1과 Class 2로 나뉘어짐.

Class 1 : 니켈 순도 99.8% 이상
니켈 캐소드(Cathode) : 전기분해를 통해 얻어지는 고순도 니켈로 니켈 99.8%, 구리, 철, 규소, 탄소, 황 등을 미량 포함
니켈 브리켓(Briquette) : 니켈 파우더를 고온에서 압축 성형한 제품

Class 2 : 니켈 순도 99.8% 이하
유틸리티 니켈 : 스테인리스강 제조에 사용되며 순도 약 97 – 98%
페로니켈 (FeNi) : 내식강, 특수강 등 제조 시 첨가 목적으로 사용되며 순도는 약 15 – 45%
니켈선철 (NPI) : 니켈(2 – 17%)과 철의 합금으로 주로 중국에서 스테인리스강 생산에 사용


● 글로벌 니켈 시장의 변곡점.
1) 저품위 니켈 혁명
중국의 칭산그룹이 니켈선철로 스테인리스강을 만드는 기술을 개발
니켈선철의 품위는 20 – 30%로 낮은 가격에 품질차이가 크게 나지 않는 스테인리스강을 만들 수 있게 됨.
칭산그룹은 니켈선철 기술을 통해 2010년 이후 글로벌 니켈시장을 장악하면서 니켈 가격이 장기 우하향(2011년부터 2021년까지)되었음.

칭산그룹 인도네시아 니켈 광산 및 제련시장 장악

2) 고품위 니켈 혁명
니켈은 고순도의 황화강과 저순도의 산화강이 존재하며, 황화강은 러시아나 캐나다 등에 많고, 산화강은 적도 부근에 많음. 기존 산화강은 니켈의 품위를 높이기가 어려움

2018년 이후 배터리용 고순도 니켈의 수요가 늘어나가 시작하였으나, 새로운 기술의 개발로 산화강을 통해 고순도 니켈을 만들 수 있게 됨.

○ 니켈매트
칭산그룹이 품위가 낮은 니켈 산화강을 통해 품위를 높일 수 있는 중간재인 니켈매트를 개발하였음.
니켈매트를 통해 Class1 니켈을 만들 수 있음. (니켈 산화강 -> 니켈매트 -> Class1 니켈)
이 과정에서 대량의 전기가 필요함.

○ 고압산침출법
고압산침출법(HPAL)을 통해 순도가 낮은 산화강으로 고순도 배터리용 니켈을 만들 수 있게 됨.
고압산침출법은 황산을 강한 압력으로 분사해 니켈의 순도를 높이는 공법
니켈산화강은 노천광산으로 개발이 매우 용이함.
니켈정제과정에서 코발트도 부산물로 나옴

칭산그룹 구리 생산공정을 전환해서 니켈을 생산할 수 있는 기술을 개발
언론보도에 따르면, 현재 생산 중지 중인 중국 구리 생산시설을 니켈생산시설로 전환할 경우 글로벌 니켈 생산량을 20% 늘릴 수 있음.

배터리용 고순도 니켈이 대량으로 필요했음에도 니켈 가격이 많이 오르지 않은 이유는 니켈매트기술과 고압산침출법을 통해 매장량이 풍부한 니켈산화강을 통해 니켈 가격상승을 억제할 수 있었기 때문.

● 2022년 초 니켈가격 폭등(2022. 03. 07. 톤당 42,995달러까지 상승)의 원인
글로벌 니켈 시장을 장악하고 있던 칭산그룹이 니켈 선물에서 숏포지션을 잡음.
투기성자금이 니켈선물 시장에 대규모로 유입되면서 니켈가격이 급등하면서 칭산그룹이 공매도 숏커버링을 하게 됨.
당일 가격 기준으로 8만달러까지 상승. 칭산그룹의 공매도 가격 2만달러대로 추정

● 국내업체 니켈 사업 동향
SK온, 에코프로, 거린메이(GEM)이 인도네시아에서 합작사를 통해 고압산침출법을 통한 Calss1 니켈을 생산할 계획
고순도 니켈과 부산물인 코발트를 국내에 들여와 에코프로머티리얼즈에서 전구체로 만들 계획

포스코의 니켈사업
포스코의 니켈 공급처 : 뉴칼레도니아(페로니켈), 인도네시아, 호주, 국내 리사이클
자회사인 SNC가 스테인리스강용 페로니켈 사업을 하고 있었음.
순도가 낮은 페로니켈을 99%까지 올리는 사업(배터리용 니켈 사업)을 포스코에서 직접 생산하기로 함.

고려아연도 황산니켈 사업진출

● 인도네시아 황산니켈 생산 프로젝트
중국 및 글로벌 기업들(대부분 중국)이 인도네시아에서 대규모의 황산니켈 생산계획을 가지고 Capa를 증설하였음.

기술의 발전(니켈매트, 고압산침출법)과 대규모 투자로 향후 니켈 가격은 하향 안정화될 가능성이 높음.
블룸버그, 2027년까지 니켈 가격은 안정화될 가능성이 높다고 보도 (니켈 기술의 발전 + 인산철배터리의 확대)

https://www.hani.co.kr/arti/economy/economy_general/1115904.html

https://www.youtube.com/watch?v=9PLiRo3OQUA

※ 10월 유럽 주요 8개국 전기차 판매현황

유럽 주요 8개국의 데이터에 따르면, 2023년 10월 유럽 전기차 판매량은 22.51만대로 전년동기대비 8.46증가하였으며, 전월대비로는 12.6%감소하였음. 전기차 침투율은 23.09%임.
1월부터 10월까지 유럽 전기차판매량은 220.66만대로 전년동기대비 18.51%증가하였으며, 침투율은 22.29%였음.

차종별로 10월 유럽 순수전기차의 판매는 전년동월대비 증가하였고, 전월대비로는 감소하였음.

판매량 측면에서 10월 유럽 순수전기차 판매량은 14.47만대로 전년동기대비 19.33%증가하였고, 전월대비로는 16.43%감소하였음. 플러그인하이브리드 판매량은 8.04만대로 전년동기대비 6.81%감소하였으며, 전월대비 4.74%감소하였음.

비율측면에서 10월 순수전기차의 비중은 64.27%였으며, 하이브리드의 비중은 35.73%였음.

자료인용 Minsheng Securities 발간 “10월 유럽 전기차시장 보고서” (2023. 11. 23)

DFD의 LiPF6 해외 고객사 : 엔켐(엔켐과 DFD Yangfu JV설립), 솔브레인, 미쓰비시 등

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2023년 3분기 LiPF6의 출하량은 시장의 예상과 비슷한 4만톤으로 추정.
현재 DFD의 F6생산기술은 4세대이며, 이는 고정 자산투자, 에너지 소비 및 기타 비용을 크게 감소시킬 수 있는 기술임.
DFD는 해당 기술을 통해 LiFP6 생산 시, 비용관리에 있어 업계 선두에 위치에 있으며 향후 회사는 원자재 비용 경쟁력을 더욱 향상시키고 생산능력을 확장할 예정임.

DFD의 F6 제품(LiPF6)은 한국의 엔켐, 솔브레인, 일본의 미쓰비시 등에 수출되고 있음.

자료인용 : Zhongyin Securities 발간 “DFD 보고서” (2023. 11. 07)

탄산리튬 가격을 중심으로 한 니켈 등의 배터리 소재가격의 하락은 장기적으로는 전기차가격 하락으로 이어지면서 전기차의 가격경쟁력을 더욱 높이는 방향으로 작용할 것으로 보여집니다.

특히 배터리 용량이 큰 고급대형 전기차의 가격하락 폭이 더 커질 것으로 예상됩니다.

중국에서는 이미 리튬가격 하락으로 인한 전기차 가격 하락이 계속 이어지고 있는 상황이며, 시차를 두고 유럽과 미국의 전기차 가격도 배터리 가격 하락에 맞춰 계속해서 낮아질 것으로 예상되며, 이러한 전기차의 가격 인하는 2024년부터 서서히 나타날 것으로 보여집니다.

배터리 가격 인하가 일부 소재업체들에게는 단기적으로는 부정적인 영향으로 다가설 수 있지만, 전기차 시장 확대를 가속화시킬 것이기 때문에 배터리산업 전체에 긍정적인 영향을 줄 것으로 보여집니다.

Q가 늘어나게 되면 배터리셀 업체의 경우 AMPC의 영향으로 이익단에 좀 더 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것이며, 이는 호전된 현금흐름은 배터리셀 업체들의 투자를 가속화 시켜 2차전지 소재, 부품, 장비업체들의 성장을 촉진시킬 것입니다.

시장이 너무 탄산리튬 가격동향에만 매몰되어 있는데, 이로 인한 산업흐름의 변화도 함께 고려해봐야 할 것입니다.

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※ 기사 요약 (탄산리튬가격의 하락은 전기차가격 하락으로 연결될까?)

지난 수년간의 탄산리튬가격의 극심한 가격 변동은 다운스트림의 수요도 있었지만, 투기자본 및 매점매석의 영향도 컸었음.

2024년 말에서 2025년에 탄산리튬의 공급과 수요의 균형점이 나타날 것으로 예상.

BYD에 따르면, 인산철배터리의 경우 탄산리튬이 배터리 원가의 절반 이상을 차지하고 있음.
NCM523 배터리의 경우, 탄산리튬 가격이 톤당 50만 위안을 넘었을 당시, 배터리 원가 중 탄산리튬이 차지하던 비중이 72.8%에 달하였음.

탄산리튬가격이 50만위안/톤에서 20만위안/톤으로 하락하면서, 탄산리튬 하락으로 인한 종류별 배터리 가격 하락은 다음과 같음.
77kwh용량 배터리 (럭셔리 모델) : 1.23만위안
57kwh용량 배터리 (보급형 모델) : 0.9만위안
18.3kwh 용량 배터리 (PHEV) : 0.3만위안

탄산리튬 가격이 10만위안 감소할 때마다 배터리 가격이 kwh당 50위안 감소함.
70Kwh 배터리의 경우 3,500위안이 하락.

리튬가격이 하락하면서 BYD 등 중국 업체들은 전기차 가격을 인하하고 있음.
이에 반해 테슬라는 전기차 가격을 올리는 전략을 사용 중.

https://www.d1ev.com/news/shichang/214026

※ 탄산리튬가격의 하락은 전기차가격 하락으로 연결될까?

2022년 11월 말 톤당 59만위안을 기록했던 탄산리튬 가격이 급락해 2023년 11월 27일 기준 배터리급 탄산리튬의 업계 평균가격은 톤당 13.55만위안으로 연중 최저치를 기록하였음.
그렇다면 전기차가격이 리튬가격 하락을 통해서 더욱 촉진될 수 있는지에 대한 궁금증이 커질 수 밖에 없음.


● 롤러코스트를 탔던 탄산리튬 가격

전기차용 배터리의 주요 원재료인 리튬의 가격은 전기차의 생산량과 가격의 변화에 영향을 받고 있음.
2021년 전기차 시장이 폭발적인 성장 단계에 진입하면서 탄산리튬에 대한 수요가 크게 증가하였고 리튬에 대한 관심이 커졌음.
배터리급 탄산리튬 가격은 2020년 12월 30일 5.15만위안/톤에서 2022년 11월 59만위안/톤으로 가격상승이 10배를 넘었음.

이러한 현상에 대해 北京特亿阳光新能源의 대표인 祁海珅은 “탄산리튬 가격이 최근 몇 년 동안 급등한 이유는 다운스트림에서의 수요도 증가하였지만, 투기자본, 매점매석 현상도 비교적 뚜렷했다”라고 말하였음.

여러 차례의 가격 변동 후 2023년 하반기에 탄산리튬가격은 점차 합리적 수준에서 선형하락 추세를 보여주었음.

중남대학교 교수인 张佳峰은 심리적 영향으로 인해 탄산리튬 가격이 더 하락할 여지가 있을 것으로 예상되며, 공급측에서 탄산리튬의 공급이 계속 되고 있는 가운데 수요측(전기차, ESS 등)의 개선이 있어야 한다고 말하였음. 그는 2024년 말이나 2025년에는 탄산리튬 수급의 균형점이 나타날 것으로 예상하고 있음.

탄산리튬 가격의 바닥에 대해서는, 금속업계의 한 분석가에 따르면, 탄산리튬의 최종 가격은 톤당 10만위안 이하로도 떨어질 수도 있다고 말하였음.


● 배터리 중 탄산리튬의 비중은?

일반적으로 전체 차량가격에서 배터리가 차지하는 비용은 약 40 – 60% 사이이며, 탄산리튬은 리튬배터리의 양극을 구성하는 핵심소재 중 하나임.

전기차에 주로 사용되는 배터리의 종류는 3원계와 인산철로, BYD에 따르면 현재 탄산리튬 원가가 배터리 원가의 절반 이상을 차지하고 있음.
상해유색망(上海有色网)에 따르면, 탄산리튬 가격이 톤당 50만 위안을 넘던 시절, NCM523의 원가 구조에서 탄산리튬이 차지하던 비중이 72.8%에 달하였음.

구체적으로 탄산리튬과 배터리 가격의 관계를 보면,
77kwh 용량(럭셔리모델)과 57kwh(보급형모델), 18.3kwh(PHEV모델)의 인산철배터리가 탑재된 전기차를 예로 들면,
탄산리튬 가격이 톤당 50만 위안일때 대비 탄산리튬 가격이 20만위안일 때, 각각의 배터리에서 탄산리튬의 비용은 각각 1.23만 위안, 0.9만위안, 0.3만위안이 감소하게 됨.

Leapmotor의 朱江明 대표는 “탄산리튬이 톤당 10만위안 감소할 때마다 배터리가격이 Kwh당 50위안이 감소하고, 70kwh의 배터리의 경우 3,500위안을 감소시킬 수 있다”고 말하였음.


● 탄산리튬 가격이 더 하락하고 전기차의 가격이 더 낮아질 가능성이 있는지?

BYD는 진, 한, 당, 송 등 다양한 전기차에 대해 5,000위안에서 10,000위안의 다양한 현금 할인 혜택을 제공하고 있음.
이 중 BYD의 진 DMi와 진 EV는 1만위안의 할인을 하고 있어, 가격이 89,800위안으로 하락하였음.

그러나 일련의 가격 인하 조치가 나온 이후 BYD의 주가는 크게 하락하였음.

이에 비해 테슬라는 10월 27일부터 11월 21일까지 한달 사이에 네 차례 가격 인상을 하였으며, 조만간 또 가격 인상을 할 계획이 있는 것으로 보임.

이번 테슬라의 가격 인상은 이전과는 달리, 가격 인상 예고를 먼저 배포한 후 가격을 순차적으로 인상하여 이전의 깜짝 인상과는 다른 모습을 보여주었음. 이에 따라 테슬라의 신규 주문 수도 안정적으로 유지되고 있음.

전체 전기차 및 배터리 시장이 점차적으로 합리적인 가격으로 되돌아가고 있지만 이에 대한 자본시장의 평가는 낙관적이지는 않아 보임.
전기차 가격 하락에 대한 자본시장의 반응이 좋지 못하다면 업체들도 가격을 내리는데 신중해 질 수 있음.
2024년에는 탄산리튬의 수요와 공급이 점차 균형점을 찾아갈 것으로 보이며, 더 이상 탄산리튬의 가격이 전기차가격의 풍향계가 될 수는 없을 수 있음.

https://www.d1ev.com/news/shichang/214026

글로벌 전고체전지 시장 주요 플레이어 현황

한국 : 황화물계 (삼성SDI, LG에너지솔루션), 산화물계 (삼성전기, 티디엘)
일본 : 황화물계 (도요타, 히타치, 파나소닉), 산화물계 (무라타-소니, TDK, FDK, NGK, Ohara)
중국 : 황화물계 (CATL), 산화물계 (WeLion, Qingtao Energy Development)
대만 : 산화물계 (ProLogium)
미국/캐나다 : 황화물계 (Solid Power), 산화물계 (QuantumScape), 폴리머 (Hydro-Quebec, SES Lonic materials)
유럽 : 산화물계 (STMicroelectronics, LLika), 폴리머 (Blue Solutions)

※ 프랑스 업체인 Blue Solution(Bollore Group 자회사)은 폴리머를 사용한 반고체전지를 상용화하였음.

※ 1990년대부터 파나소닉과 함께 도요타는 전고체전지에 대한 연구를 지속해오고 있으며 가장 많은 특허를 보유하고 있음.

※ SK이노베이션은 2021년 10월 미국 솔리드파워에 3,000만 달러 투자.
LG에너지솔루션은 미국 샌디에고대와 상온에서 고속 충전이 가능한 전고체전지를 개발하였으나 상용화는 2027년 이후로 보고 있음.
2020년 3월 전기 자동차용 전고체전지 프로토 타입을 발표한 삼성SDI는 삼성종합기술원 등과 공동으로 2027년 상용화를 목표로 연구/개발을 진행 중임.

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”

산화물계 고체전해질 산업 및 시장 분석

고체전해질은 전지의 전압과 에너지 밀도를 증가시키는 초이온 전도체로, 빠른 확산으로 인해 상대적으로 높은 이온 전도도를 나타내고, 불연성이며 더 긴 사이클 수명을 지녔음.
또한 급속 충전이 가능하여 고전력의 애플리케이션에 사용할 수 있으며, 그 외 전기자동차, 웨어러블 및 드론 시장에서 폭넓게 이용될 수 있음.

전고체 배터리용 고체전해질 재료로는 세라믹, 폴리머, 유리, 황화물, 산화물, 리튬 인 산실화물(LiPON), 리튬 붕인산(LiBP)등이 있으며, 인산염, 폴리실록산, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리에스테르 및 니트릴 기반 전해질과 같은 다양한 기타 화학물질/재료도 연구 개발되고 있음.

고체전해질은 높은 에너지 밀도가 가능하고 단락을 방지하여 배터리의 고효율화뿐 아니라 수명을 연장할 수 있음.

산화물계 고체전해질은 무기/세라믹 전해질의 일종으로 공기에 대한 화학적 안정성이 높음.
고체 산화물 전해질은 고체 상태의 리튬 배터리에도 널리 사용되지만, 황화물보다 이온전도도가 낮으며, 단단한 세라믹 성질을 가지고 있어 전극-전해질 계면에서 접촉이 좋지 않음.

산화물 기반 고체전해질 소재의 수요는 주로 전기차 및 ESS 등 안전성이 요구되는 중대형 전지를 사용하는 산업의 성장에 의해 주도되고 있음.
그 외 웨어러블 장치 및 RFID 태그에서 의료기기까지 다양한 분야에서 응용되고 있음.
의료기기 산업에서는 온도센서, 심장 박동기 및 스마트 패치 등에 사용되고 있음.

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”

산화물 기반의 고체전해질 분야의 밸류체인

산화물 기반의 고체전해질 소재는 전고체전지의 시스템 내에서 생성되는 리튬이온의 전달 및 이송용 핵심부품으로 사용됨.

산화물 기반의 고체전해질 소재는 복합고체전해질 시트 및 양극층 내에서 이온전도 path를 증가시켜 주고, 시트의 기계적 특성, 리튬 덴드라이트 억제 등 기존 고분자 이온전도체의 한계를 극복하는 핵심 기능으로 활용

산화물계 고체전해질 소재는 NCM 양극 기반의 전고체 리튬이차전지 외에도, 리튬-황, 리튬-에어 전지의 전고체화에 요구되는 핵심소재로서 활용될 수 있음.

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”

산화물 기반 고체전해질 소재

“산화물기반 고체전해질”은 산화물 상태에서 리튬 이온전도성이 우수하고 분말의 입도 및 형상제어에 의해 고효율 복합고체전해질 시트 및 복합양극, 그리고 전고체리튬전지를 구현하는 산화물계 고체전해질 소재임.

고체전해질 소재는 주로 무기 고체전해질, 유기(고분자) 고체전해질로 분류되며, 무기 고체전해질은 고분자 고체전해질과는 달리 유연성 측면에서는 불리하지만, 본질적으로 불연성이기 때문에 안전성면에서 매우 우수하고 리튬이온(Li+)만이 전도하는 높은 수율의 이온전도(Single-ionic conduction) 특성을 나타냄.

무기고체전해질 결정재료에 해당하는 산화물 기반의 고체전해질은 Garnet형 LLZO, NASICON형 LATP, 페소스카이트형 LLTO 등이 있으며, 최대 ~10-3 S/cm정도의 이온전도도를 가지고 있음.

산화물 기반의 고체전해질은 분말상태로서 전고체전지의 고체전해질 시트 및 양극의 설계 요건에 따라 소결에 의한 산화물 상태의 펠렛 시트, 그리고 산화물 기반의 고체전해질 분말과 고분자/리튬염과의 복합화에 의한 복합고체전해질 시트로서 제작될 수 있음.

자료인용 : 중소벤처기업부 발간 “중소기업 기술국산화 전략품목 상세분석(미래소재)”

● 고전위창 가넷구조 LLZO(Garnet형 Li7La3Zr2O12) 전구체 합성공법

티디엘의 “(차세대 2차전지) 산화물계 고체전해질 및 황화물계 고체전해질이 코팅된 양극활물질 및 이를 포함하는 전고체전지(10-2388591)”가 2022년 11월 대한민국 발명특허 대전 대통령상 수상.

전고체전지는 액체 전해질이 없기 때문에 구성 요소인 전극 사이의 저항이 커지게 되는데, 티디엘은 이러한 문제점을 하이브리드 양극과 밀도가 다른 전해질층을 두어 한계를 극복하였음.
이는 추가물질 없이 전극과 고체전해질 사이 경계면의 계면저항을 감소시키는 계면 제어기술을 확보했기 때문에 가능.

티디엘의 2023년 보유하고 있는 전고체전지 관련 국내외 특허는 41건.

● 관련기술

○ 공침법(Co-precipitatation ; 2성분계 이상의 다성분계 촉매의 제법)의 원리
- 침전법의 일종으로 양이온 용액(금속 염 용액)과 음이온 용액(침전제)를 일정한 양과 속도로 넣음에 따라 반응하면서 핵과 결정을 성장 및 응집 시키는 원리이며, 결정성장 및 응집으로 인해 무거워진 입자는 용액과의 비중차로 침전됨.

- 공침법의 장점 : 고순도, 재현성, 조성설계 용이, 대량생산화 가능, 경제성, 균일성

○ 개발 완료된 전구체, 고제전해질, 고체전해질 시트, 전고체 전지
▷ 전구체 / 고체전해질 분말
- 분말입도 : < 1 – 10㎛
- 이온전도도 : ~ 10-3S/cm@RT
- 전위창 : 0 ~ 6.0 V@RT

▷ 고체전해질 시트
- 폭 : 15cm
- 두께 : < 80㎛

▷ 전고체 전지
- 에너지밀도 : 180Wh/kg, 600Wh/L
- 출력밀도 : 200W/kg
- 용량 : 0.1Ah, 2Ah, 5Ah, 10Ah, 20Ah
- 안정성
- 비발화성(non-flammable)
- 높은 전압안정성 (>5.0V)

○ 쿠에트-테일러 반응기를 통해 LLZO 전구체 합성
- 와류쌍은 섞이지 않으며 반응이 진행될수록 입자가 성장

○ 복합 고체전해질 시트 : 습식공정에 의해 제조된 유연성 있는 복합 고체전해질 시트
- 복합 고체 전해질 시트의 상세구조 : LLZO 계면을 고분자로 제어
- 고분자가 없을 때의 LLZO : 밀착되지 않은 계면에서 이온전도가 일어나지 않음.
- 고분자가 있을 때(고분자 바인더)의 LLZO : 소량의 고분자를 도입했을 때 LLZO의 계면에서 이온전도를 도와 실질적으로 원할한 이온전도가 일어날 수 있음.

○ 양극복합화
- 양극활물질 + LLZO분말 + 고분자 바인더 + 도전재를 믹싱 = 양극슬러리
- Slurry Casting을 AI 집전체(알박)에 코팅 (진공건조)
- 이후 롤 프레싱 작업후 배터리 크기로 커팅함.

○ 복합 고체전해질 시트 제작
- LLZO분말과 고분자바인더를 혼합하여 고체전해질을 만든 후, 지지체 필름에 부착

○ 리튬메탈 음극

○ 전고체 전지 단위셀 구성
구리집전체 + 음극(리튬메탈) + 복합 고체전해질 시트 + 양극합재 + 알루미늄 집전체를 합침.

○ 전고체전지 단위셀 구성
- 복합양극 + 복합고체전해질시트 + 리튬(음극)
- 10단 적층(스태킹) 37V 단위셀 = 8Wh 바이폴라 전고체리튬이자전지 셀
- 단자 + 전고체 셀 + 바이폴라 기판
- 전지가 41V충전과 30V 방전을 반복
- 단전기 : 바이폴라/모노폴라
- 10Wh급 모노폴라
- 전고체 리튬이차전지 셀/스택 (2.7Ah, 평균방전전압 3.75V)
- 에너지 밀도 : 150Wh/kg, 500Wh/L

https://www.youtube.com/watch?v=1HLCgjemxgs