<2026> Cobalt-free 양극재 기술개발 동향 및 시장 전망
EV와 에너지저장시스템(ESS) 시장의 성장으로 글로벌 배터리 수요가 빠르게 증가하고 있다. SNE Research에 따르면 2025년 글로벌 배터리 수요는 전년 대비 31.7% 이상 증가해 1.7TWh를 넘어섰으며, 이 가운데 EV용 배터리는 약 1.2TWh에 달했으며, ESS 역시 2025년 출하량 기준 약 550GWh를 돌파하였다.
기존 고에너지밀도 전기차에 주로 적용되는 NCM 계열은 코발트 공급망에 대한 구조적인 부담을 갖고 있으며, 미국 지질조사국(USGS)에 따르면 2025년 세계 코발트 광산 생산량은 약 31만 톤이며, 콩고민주공화국(DRC)이 약 23만 톤으로 73%, 인도네시아가 약 4.4만 톤으로 14%를 차지하고 있으며 특히 DRC가 2025년 코발트 수출 중단 후 쿼터제로 전환하고 2026~2027년 연간 수출 한도를 최대 9만6,600톤 수준으로 설정하면서 공급망 리스크가 다시 부각되고 있다. 따라서 Cobalt-free 양극재는 단순히 코발트 가격을 절감하는 소재가 아니라 공급망 안정성·원가·에너지밀도·안전성을 동시에 확보하기 위한 전략 기술로 의미가 확대되고 있다.
대표적인 Cobalt-free 후보는 NMx, LMR, LMFP, LNMO이다.
NMx는 LiNi₀.₅Mn₀.₅O₂ 및 Ni-rich Ni-Mn 계열이 대표적으로 코발트를 제거하면서도 니켈을 통해 높은 용량을 확보할 수 있지만, 코발트가 없어지면 구조 안정성 및 사이클 수명이 저하될 수 있다. 이를 해결하기 위해 단결정 입자, 도핑, 표면 코팅, 계면 안정화 기술이 적용되고 있다. 중국 SVOLT는 이 분야를 선도하고 있으며, Cation Doping, Single-crystal, Nano-network Coating 기술을 기반으로 Cobalt-free Ni-Mn 셀을 개발해 실제 차량 적용까지 추진해 왔다.
LMR(Lithium-Manganese-Rich)은 Li₁.₂Mn₀.₆Ni₀.₂O₂ 계열이 대표적이며 250mAh/g 이상의 높은 비용량이 최대 장점이나, 충·방전을 반복하면서 평균 전압이 떨어지는 전압 강하, 초기 비가역 용량손실 및 산소 방출 문제가 상용화의 핵심 장벽이다. 한편 LMR은 2025~2026년 들어 산업화 단계에 크게 가까워졌다. GM과 LG에너지솔루션은 LMR 각형 셀을 공동 개발하고 있으며, 2027년 말 Pre-production, 2028년 미국 Ultium Cells에서 상업 생산을 목표로 하고 있다.
LMFP는 LFP의 올리빈 구조에 망간을 도입해 작동전압과 에너지밀도를 높인 소재다. LFP의 높은 안전성, 긴 수명, 저비용 특성을 유지하면서 성능을 개선할 수 있기 때문에 중저가 EV와 ESS 시장에서 가장 현실적인 Cobalt-free 대안 중 하나로 평가된다. 낮은 전기전도도와 느린 Li-ion 확산이 단점이지만, Carbon Coating, 나노화, Fe/Mn 조성 최적화 및 도핑을 통해 개선되고 있다.
중국은 LMFP 산업화를 가장 적극적으로 추진하고 있으며 CATL, Gotion, Dynanonic 등 셀·소재 기업들이 관련 기술과 생산능력을 확대하고 있다. CATL의 M3P도 LMFP와 관련성이 높은 고도화된 phosphate계 기술로 평가되고 있다. LMFP는 향후 순수 LFP를 완전히 대체하기보다는 LFP보다 높은 에너지밀도와 NCM보다 낮은 가격을 갖는 중간 영역을 담당할 가능성이 높다.
LNMO(LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄)는 약 4.7V에서 작동하는 스피넬계 Cobalt-free 양극재다. 코발트를 전혀 사용하지 않고 니켈 함량도 낮으며, 3차원 Li-ion 확산경로 때문에 높은 출력과 급속충전 성능을 기대할 수 있다. 그러나 높은 작동전압으로 전해액 산화, Mn 용출 및 고온 수명 저하가 발생하기 쉬워 고전압 전해액·첨가제·표면 코팅·CEI 안정화가 상용화의 핵심이다. 장기적으로는 고체전해질과의 조합도 중요한 개발 방향이다.
종합하면 2026년 Cobalt-free 시장은 과거의 단순한 ‘코발트 저감’에서 ‘배터리 Chemistry 다변화와 공급망 안정화’ 단계로 진화하고 있다. NMx는 높은 에너지밀도의 중·고급 EV, LMR은 장거리 SUV·픽업트럭, LMFP는 중저가 EV와 ESS, LNMO는 고전압·고출력 및 급속충전 시장을 중심으로 각각 역할을 확대할 것으로 전망된다. 특히 향후 5년은 High-Ni NCM/NCA와 LFP의 양자 경쟁에서 LMFP·LMR·NMx·LNMO까지 포함하는 다원화 경쟁으로 전환될 가능성이 높다고 생각된다.
본 리포트에서는 이러한 Cobalt free 양극재 개발에 관한 전체적인 내용을 기술하고 있으며, 핵심인 cobalt free 양극재 기술개발 동향과 전망을 정리하였다. 특히, cobalt free 개발 및 적용에 앞서가고 있는 중국업체 및 국내업체의 기술분석 및 특허분석까지 내용을 넓히면서 cobalt free 양극재의 중요 기술을 파악하였다.
본 리포트가 cobalt free의 기술 및 시장에 관심이 있는 분들에게 insight를 제시함은 물론 이를 둘러싼 산업을 이해 하는데 큰 도움이 되길 진심으로 바란다.
본 보고서의 Strong Point
① Cobalt free 양극재를 NMx, LMR, LMFP, LNMO 등 중요 양극재 중심으로 집중 조명
② Cobalt free 양극재의 한계점, 장점, 단점 및 해결 방안 등을 상세하게 분석 및 수록
③ Cobalt free 양극재에 대한 기업들의 기술개발 동향 및 생산 계획에 대하여 상세히 수록
④ Cobalt free 양극재 주요 개발기업 및 연구기관의 최신 및 주요 특허 분석 상세 수록
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목차 | |||
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1. 양극재 개발 현황 |
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1.1 LiCoO2
양극재 개발 |
9 | |
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1.1.1 양극 활물질 종류 및 특성 |
9 |
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1.1.2 개발 방향 |
10 |
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1.1.3 도핑 처리 |
11 |
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1.1.4 표면 처리 |
13 |
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1.2 LFP/LMFP 양극재 개발 |
14 | |
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1.2.1 개발 현황 |
14 |
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1.2.2 K battery 3사 현황 |
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1.2.3 중국 주요 OEM 현황 |
16 |
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1.2.4 Blade
battery vs. Shenxing battery 비교 |
17 |
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1.3 Hi-Ni 양극재 개발 |
18 | |
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1.3.1 개발 현황 및 R&D 동향 |
18 |
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1.3.2 NCM 단결정 기술개발 현황 |
19 |
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1.3.3 NCM 단결정 수세/수분관리 |
20 |
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1.3.4 4원계 양극재 기술의 장점/과제 |
21 |
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1.3.5 4원계 양극재 vs. 3원계 양극재 비교 |
22 |
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1.3.5 4원계 양극재 적용 전지 특성 |
23 |
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1.3.7 Bimodal 기술 |
24 |
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1.4 Cobalt free 양극재 개발 |
27 | |
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1.4.1 개발 필요성 |
27 |
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1.4.2 문제점과 해결책 |
28 |
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1.4.3 Co free 양극재 분류 |
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1.4.4 Co free 양극재 특성 |
30 |
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1.4.5과리튬(Over lithiated) Hi-Mn계/LMO 양극재 |
31 |
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1.4.6 무질서 암염 양극재 및 개발 현황 |
32 |
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1.4.7
NMA(Ni-Mn-Al) 양극재 특징 및 개발 현황 |
35 |
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1.4.8 전고체 배터리용 양극재 |
36 |
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1.4.9 Co free 양극재 한계점 |
39 |
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2. Cobalt free 양극재 개발 현황 |
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2.1 층상구조 양극재 개발 |
44 | |
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2.1.1 코발트(Co)의 역할 및 기능 |
44 |
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2.1.2 Al/Zr
Co-doping : 양이온 혼합 억제 |
50 |
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2.1.3 Mo Doping :
Rate 특성 향상 |
51 |
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2.1.4 Sn-B
Co-doping : 저온 특성 향상 |
52 |
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2.1.5 2,5-PDBA 도입에 의한 분자 표면층 생성 |
53 |
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2.1.6 Sb 도입을 통한 양극의 형상 제어 |
54 |
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2.1.7 Gradient
porous structure 형성에 따른 내부 strain 완화 |
55 |
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2.2 층상구조 Co free 양극재 개발 |
56 | |
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2.2.1 양극재 연구개발 방향 |
56 |
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2.2.2 양극재별 비교 |
57 |
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2.2.3 양극재 특성 및 개발 현황 |
58 |
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2.2.4 한국 업체 개발 현황 |
59 |
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2.2.5 해외 업체 개발 현황 |
60 |
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3. LNO 양극재 개발 현황 |
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3.1 LNO 양극재 개발 |
61 | |
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3.1.1 개발 현황 : 도핑 및 효과 |
61 |
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3.1.2 산소 방출 억제 전략 |
64 |
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3.1.3 CEI(Cathode
Electrolyte Interphase)제어 |
67 |
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3.1.4 이중 원소 도핑 : Mg, Al 원소 |
69 |
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3.1.5 이중 원소 도핑 : Mg, B 원소 |
70 |
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3.1.6 다중 원소 도핑 : Mg, Al, Zr, Ti 원소 |
72 |
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3.1.7 Zr doping +
Nb coating : 구조적 안정성 향상 |
73 |
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3.1.8 Monoclinic상을 통한 Stepwise Uniform Delithiation |
74 |
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3.1.9 대형 단결정 구현 : 전극 밀도 최적화 외 |
75 |
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3.1.10 Nano Sol
Infusion doping : 미세 결정 구조 확보 외 |
78 |
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4. LMO/LNMO 양극재 개발 현황 |
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4.1 LMO/LNMO 양극재 개발 |
81 | |
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4.1.1 Spinel계 양극재 개요 |
81 |
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4.1.2 LMO/LNMO 양극재 연구 동향 |
82 |
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4.1.3 LNMO 특징 및 개발 현황 |
83 |
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4.1.4 LNMO 양극재 개발 |
84 |
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4.1.5 LNMO vs. 기타 양극재의 가격 비교 |
86 |
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4.1.6 LNMO 적용 |
87 |
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4.1.7 이중 원소 도핑: Mg, Fe |
89 |
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5. NMx 양극재 개발 현황 |
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5.1 NMx 양극재 개요 |
93 | |
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5.1.1 리튬 확산 촉진 구조 설계 |
93 |
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5.1.2 특징 및 연구 동향 |
94 |
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5.1.3 단결정화를 통한 수명 확보 |
95 |
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5.1.4 결정 구조 |
96 |
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5.1.5 NMABC8020 가격 경쟁력 분석 |
97 |
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5.1.6 NMABC8020 제조원가 계산 |
98 |
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5.1.7 NMABC8020의 차별화 개념 |
99 |
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5.1.8 NMABC8020의 구조 및 조성 |
100 |
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5.1.9 NMABC8020의 방전용량 특성 |
101 |
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5.1.10 NMABC8020의 고온 수명 평가 |
102 |
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5.1.11 NMABC8020의 C-rate 평가 |
103 |
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5.2 NMx 양극재 개발 현황 |
104 | |
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5.2.1 도핑 개요 |
104 |
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5.2.2 단일 원소 도핑 개요 |
106 |
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5.2.3 단일 원소 도핑 : Na 원소 |
108 |
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5.2.4 단일 원소 도핑 : Mo 원소 |
109 |
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5.2.5 단일 원소 도핑 : Mg 원소 |
110 |
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5.2.6 단일 원소 도핑 : W 원소 |
111 |
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5.2.7 이중 원소 도핑 : Ti, Nb |
112 |
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5.2.8 다중 원소 도핑 : 고엔트로피 |
115 |
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5.2.9 CEI 제어 |
119 |
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5.2.10 단결정 |
122 |
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5.2.11 형상 제어 |
127 |
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5.2.12 구조 안정성 |
130 |
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5.2.13 출력 특성 향상 |
135 |
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5.2.14 소성 조건 최적화 |
136 | ||
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5.2.15 열처리 온도 최적화 |
137 |
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5.2.16 과잉 리튬 첨가 |
138 | ||
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6. LMR 양극재 개발 현황 |
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|
6.1 LMR 양극재 개요 |
140 | |
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6.1.1 LMR 양극재 특징 |
140 |
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6.2 LMR 양극재 한계점 |
141 | |
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6.2.1 전압 강하 |
141 |
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6.2.2 초기 용량 감소 |
142 |
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6.3 LMR 양극재 기술 현황 |
143 | |
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6.3.1 단일 원소 도핑 |
143 |
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6.3.2 이중 원소 도핑 : Zr, F 원소 |
145 |
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6.3.3 이중 원소 도핑 : Na, Nb 원소 |
149 |
|
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6.3.4 다중 원소 도핑(고엔트로피) |
151 |
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6.3.5 코팅 : 고분자 코팅층 도입 |
154 |
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6.3.6 코팅 & 도핑 : LTPO 코팅과 gradient Ti doping |
156 |
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6.3.7 표면 개질 : 수열처리 기반 표면 안정화 전략 외 |
158 |
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6.3.8 구조 제어 : 산소 분압 기반 산소 결함 제어 외 |
162 |
|
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|
6.3.9 화성 공정 제어 : 고전압 화성에 따른 용량-수명 영향 |
165 |
|
7. LMFP 양극재 개발 현황 |
| ||
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7.1 LMFP 양극재 개요 |
168 | |
|
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|
7.1.1 LMFP 양극재 필요성 |
168 |
|
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|
7.1.2 LMFP 양극재 특징 |
169 |
|
|
|
7.1.3 LMFP 양극재 개발 현황 |
170 |
|
|
|
7.1.4 LMFP 문제점 및 해결방법 |
171 |
|
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|
7.1.5 LMFP의 제조방법 |
173 |
|
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7.1.6 LMFP 복합 삼원계(Composite) 제조방법 |
175 |
|
|
7.2 LMFP 양극재 한계점 |
176 | |
|
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|
7.2.1 Jahn-Teller
distortion |
176 |
|
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|
7.2.2 Mn 용출 |
177 |
|
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|
7.2.3 낮은 이온 및 전자 전도도 |
178 |
|
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7.2.4 LMFP의 이중 전압 플랫폼 문제 |
179 |
|
|
7.3 LMR 양극재 기술 현황 |
180 | |
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|
7.3.1 LMFP의 Core-shell 구조 및 카본 코팅 |
180 |
|
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|
7.3.2 LMFP 이온전도도 개선 전략 |
181 |
|
|
|
7.3.3
Doping/Coating 전략 |
183 |
|
|
|
7.3.4 Doping : Zn
doping/Ta doping/이중 도핑/다중 양이온 외 |
189 |
|
|
|
7.3.5 Fe-rich
gradient core-shell 구조 도입 |
196 |
|
|
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7.3.6 Coating :
Carbon |
197 |
|
|
|
7.3.7
Heteroatom-Doped Carbon Layer |
198 |
|
|
|
7.3.8 Morphology 제어 전략 |
199 |
|
|
|
7.3.9 양극 소재 Blending |
201 |
|
|
|
7.3.10 구조 제어형 전구체 기반 합성법
|
202 |
|
|
|
7.3.11 LFP → LMFP
전환을 통한 직접 재활용 개발 전략
|
206 |
|
8. 업체별 개발 현황 및 시장 전망 |
| ||
|
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8.1 LG엔솔 : 무코발트/LMR 양극재 개발 현황 |
211 | |
|
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8.2 삼성 SDI : 무코발트 양극재 개발 현황 |
213 | |
|
|
8.3 SK온 : 무코발트 양극재 개발 현황 |
214 | |
|
|
8.4 한국 배터리 K-3사 : 무코발트 양극재 개발 현황 |
215 | |
|
|
8.5 LG Chem :
NMx/LMR/LMFP/LNMO 양극재 개발 현황 |
216 | |
|
|
8.6 포스코 퓨처엠 : NMx, LMR(LLO) 양극재 개발 현황 |
222 | |
|
|
8.7 SVOLT : NMx 양극재 개발 현황 |
228 | |
|
|
8.8 EcoproBM :
NMx /LMx(LMR) 양극재 개발 현황 |
232 | |
|
|
8.9 코스모 신소재 : NMx /OLO 양극재 개발 현황 |
236 | |
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|
8.10 중국 업체 : 무코발트 양극재 개발 현황 |
238 | |
|
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8.11 중국 업체들의 LMFP 양극재 개발 현황 |
241 | |
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8.12 폭스바겐(PowerCo) : LNMO 양극재 개발 현황 |
243 | |
|
|
8.13 BASF : LNMO 양극재 개발 현황 |
246 | |
|
|
8.14 Nano One :
LNMO 양극재 개발 현황 |
249 | |
|
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8.15 황성기업 : LMO/LNMO/NMO 양극재 개발 현황 |
251 | |
|
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8.16 Targray :
LMO/LNMO 양극재 개발 현황 |
254 | |
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8.17 TOB New
Energy : LNMO 양극재 개발 현황 |
255 | |
|
|
8.18 Toshiba :
LNMO 양극재 적용 전지 개발 |
256 | |
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8.19 NMx 양극재 사용량 및 시장 전망 |
262 | |
|
|
8.20 LMR 양극재 사용량 및 시장 전망 |
263 | |
|
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8.21 LMFP 양극재 사용량 및 시장 전망 |
264 | |
|
|
8.22 LNMO 양극재 사용량 및 시장 전망 |
265 | |
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|
8.23 Co free 양극재 시장(Bil $)전망 |
266 | |
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8.24 Co free 양극재 사용량(kTon) 전망 |
267 | |
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9. Cobalt free 양극재 특허 분석 |
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9.1.1 LMR 주요 특허 (23건) : '23.1 ~ '25.7 기간 |
269~292 | |
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9.1.2 LMR 주요 특허(7건) : '25.8 .8 ~ ’26.6 기간 |
293~300 | |
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9.2.1 LMFP 주요 특허(32건) : '23.1 ~ '25.7 기간 |
301~334 | |
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9.2.2. LMFP 주요 특허(33건) : '25.8 ~ '26.6 기간 |
335~370 | |
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9.3 NMx 주요 특허(12건) |
371~392 | |
|
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9.4 LNMO 주요 특허(25건) |
393~430 | |