<2022> 리튬이차전지 리튬인산철(LFP) 양극소재 기술현황 및 시장전망
2021년은 중국의 리튬인산철(LFP, LiFePO4) 배터리에 대한 관심이 폭발한 한해였다.
중국에서 판매된 LFP 배터리 탑재 전기차의 비중은 지난 9월 이후 NCM(니켈·코발트·망간) 혹은 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 등 삼원계 배터리의 비중을 뛰어넘었다.
현재 LFP배터리의 대부분은 중국 업체들이 생산하고 있는데 테슬라뿐 아니라 폭스바겐, 포드 등도 LFP배터리에 관심을 보이고 있다. 애플카를 만들고 있는 미국 애플사도 중국 CATL과 BYD와 LFP배터리 공급협상을 벌이다 협상이 무마된 바 있지만 여전히 LFP배터리를 검토하고 있는 것으로 전해졌다.
리튬이차전지가 대용량화됨에 따라 리튬이차전지의 가격 및 안전성 강화가 중요한 화두로 떠오르고 있다. 이러한 흐름 속에서 이미 개발된 지 많은 시간이 지난 리튬인산철 전지가 새 화두로 떠오르고 있는데 이는 코발트를 사용하지 않아 상대적으로 저가에 제조가 가능하며, 고온 및 과충전 상태에서도 구조붕괴가 일어나지 않아 수명 및 안전성이 우수하며, 또한 리튬인산철에 관한 핵심특허가 22년 대부분 만료되어 특허료의 지불이나 특허침해에 대한 위험이 없이 판매가 가능해질 것이기 때문이다. 리튬인산철 이차전지의 특성 및 장단점을 이해하기 위해서는 리튬이차전지에 관한 체계적인 지식, 정보 및 리튬인산철 양극재의 장점 및 한계에 관한 지식을 습득할 필요가 있으며, 이를 바탕으로 향후 리튬인산철 이차전지의 개발 방향을 이해할 수 있을 것으로 보인다.
현재 리튬 인산철 배터리는 400km 가량의 항속거리의 달성이 가능하며, 실제 리튬인산철 양극소재가 적용된 테슬라 2021년 모델3의 경우 주행거리가 407 km에 달한다. 또한 저가인 철 사용으로 가격 면에서도 우위에 있으며, 최근 코발트, 니켈 등의 삼원계용 원자재의 가격 폭등으로 이러한 가격적인 장점은 더 커지고 있다. 또한 안전성에 있어서도 300도의 고온과 260% 과충전에도 화재나 폭발반응이 일어나지 않는 등 층상구조의 삼원계 대비 올리빈 구조의 리튬인산철 소재가 이점을 가지고 있어 배터리 업체나 완성차 업체에서 안전사고를 대비할 충당금을 비축할 필요가 없는 이점을 가지고 있다.
아직 해결해야 할 과제가 많이 남아있으나, Bulk 리튬인산철에 대한 성능구현, Graphene과의 효과적인 복합화, LiMnPO4 등의 성능구현이 이루어진다면 올리빈 리튬인산철에 있어서 또한번의 진전이 가능할 것으로 생각된다.
본 리포트에서는 리튬이차전지의 양극소재 종류 및 특징을 살펴보고, 특히 최근 화두로 떠오르고 있는 리튬인산철(LFP) 양극소재에 대한 특성을 자세히 살펴보고, 개발 현황 및 제조 공정 기술에 대하여 상세히 고찰하고자 한다.
여기에 리튬인산철(LFP) 양극소재 시장에 대한 전망과 주요 업체 정보에 대하여 정리하였으며, 리튬인산철(LFP) 적용 완성차 업체와 배터리 업체 현황에 대하여도 다루었다.
본 보고서의 Strong Point는
① 리튬인산철 및 리튬이차전지 양극소재 종류 및 특징에 대한 상세 설명
② 리튬인산철 소재와 삼원계 소재에 대한 기술적 특징 비교 분석
③ 리튬인산철 제조 공정 및 최신 기술개발 동향에 대한 정리
④ 주요 업체별 리튬인산철 생산능력 및 사용전망
⑤ 리튬인산철 소재 시장에 진출하거나 신규 스터디를 하고자하는 업체 또는 개인에게 용이
목차
1. 리튬이차전지 개요
1-1. 리튬이차전지 역사
1-2. 리튬이차전지 종류 및 특징
1-3. 리튬이차전지 원리
1-4. 리튬이차전지 구성요소
1-5. 리튬이차전지 응용분야
2. 리튬이차전지 양극소재 종류 및 특징
2-1. 리튬이차전지 양극소재 결정구조 및 특성
2-2. 산화물계 양극소재 구조 및 전기화학적 특성
2-2-1. 층상구조 산화물 (layered oxide)
2-2-2. 리튬-망간 과잉 산화물 (Li and Mn-rich oxide)
2-2-3. Disordered Rock-Salt 산화물
2-2-4. 스피넬 구조 산화물 (Spinel Oxides)
2-3. Polyanion계 양극소재 구조 및 전기화학적 특성
2-3-1. 올리빈 구조 인산화물(Olivine-type polyanion oxide)
2-3-2. 기타 Polyanion계 양극활물질
3. 리튬인산철 양극소재 기술개발 현황
3-1. 리튬인산철 양극소재 개발 방향
3-2. 리튬인산철 양극소재 개발 이력
3-3. 리튬인산철 양극소재 기본 특성
3-3-1. 결정 구조
3-3-2. 충방전시의 리튬 이동 및 상변화 메커니즘
3-3-3. 전기 전도도
3-3-4. 구조내 결함
3-3-5. 에너지 밀도
3-3-6. 온도 의존성
3-3-7. 수명 특성
3-4. 리튬인산철 양극소재 제조 공정
3-4-1. 합성법
3-4-2. 합성원료및열처리
3-5. 리튬인산철 양극소재 기술개발 동향
3-5-1. 입자 형상 제어
3-5-2. 카본계열 복합화
3-5-3. 도핑
3-5-4. 합금화를 통한 에너지밀도 증가
3-5-5. 기타 올리빈계 양극소재 기술개발 동향
3-6. 리튬인산철 양극소재의 향후 연구 및 개발 방향 전망
4. 리튬인산철 양극소재 시장 및 업체 현황
4-1. 리튬인산철 적용 이차전지 시장 현황
4-2. 리튬인산철 양극소재 주요 생산 업체 현황
4-2-1. Dynanonic
4-2-2. Guoxuan(Gotion)
4-2-3. BTR
4-2-4. Hunan Yuneng
4-2-5. Hubei Wanrun
4-2-6. BYD
4-2-7. Chongqing Terui
4-2-8. Pulead
4-2-9. Anda
4-2-10. Johnson Matthey
4-2-11. Tianjin STL
4-2-12. Valence
4-2-13. Others
(Shenghua, Annada, CNNC, Yunxiang, Tinci, BASF, Dupont, Aleees, Tatung, Formosa, CAEC)
4-3. 리튬인산철 적용 완성차 업체 현황
4-4. 리튬인산철 적용 배터리 업체 현황
5. 참고 문헌