전고체전지 산업화가 가속화되고 있다. '머리국물'을 누가 맛볼 수 있을까?
2024-09-13
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혁신적인 안전성과 에너지 밀도를 갖춘 전고체 배터리는 배터리 기술의 '궁극적 해답'으로 평가받고 있습니다.
기술이 계속 성숙해지면서 우리나라의 전고체전지 산업화 과정이 가속화되고 있으며, 최근에는 전고체전지 제품이 다수 공개되고 있다.
새로운 전고체 제품은 전고체 배터리 부문을 가까운 미래에 시장에서 몇 안 되는 밝은 분야 중 하나로 만들었습니다. 업계 분석가들은 전고체 배터리의 산업화 과정에서 가장 확실한 기회는 원료인 황화리튬의 비용 절감에 있을 수 있다고 생각하며, 반고체 배터리는 높은 안전성과 기존 생산과의 높은 호환성을 기반으로 합니다. 라인, 공정 간편, 저비용 등 장점으로 현재 액체전지에서 전고체전지로의 전환적 솔루션이 될 것으로 기대 투자 기회.
액체 배터리 성능을 종합적으로 능가
전고체 배터리는 이름에서 알 수 있듯이 고체 양극과 음극, 고체 전해질을 사용하는 배터리로, 액체 전해질을 사용하는 기존 리튬 배터리와 핵심적인 차별점을 갖는다. 다양한 액체 전해질 함량에 따라 전고체 배터리는 반고체(액체 전해질 질량이 10% 미만), 준고체(액체 전해질 질량이 5% 미만), 전고체 배터리의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 고체 상태(액체 전해질을 포함하지 않음).
액체 배터리와 비교하여 전고체 배터리는 성능 면에서 세 가지 주요 장점이 있습니다.
첫째, 에너지 밀도가 높다. 전고체전지는 넓은 전기화학적 창(5v 이상)을 가지며, 보다 고전압 양극재(고니켈 음극, 니켈-망간 스피넬 음극 등)와 호환 가능하며, 실리콘과 리튬을 양극재로 사용할 수 있어 더 높은 에너지 밀도를 달성합니다. 또한 높은 전압비와 우수한 안전성으로 인해 배터리 구조를 단순화하고 셀 에너지 밀도 향상을 촉진할 수 있습니다. 삼원계 리튬 배터리의 에너지 밀도는 일반적으로 180~230wh/kg입니다. penghui energy(300438.sz)가 최근 출시한 1세대 전고체 배터리는 weilan new energy와 guoxuan hi-280wh/kg의 에너지 밀도를 가지고 있습니다. tech(002074.sz))는 에너지 밀도가 360wh/kg인 반고체 배터리를 개발했다. 높은 에너지 밀도는 더 긴 순항 범위를 제공합니다. saic zhiji l6에 사용된 광년 전고체 배터리는 순항 범위가 1,000km 이상이라고 합니다.
둘째, 안전성이 좋다. 리튬이온 배터리의 전해액은 누액의 위험이 있으며, 온도가 너무 높으면 자연 발화 및 폭발의 위험이 있습니다. 고체 전해질은 열 안정성이 좋고, 불연성, 비폭발성이며 액체 누출 위험이 없습니다. 고체 전해질은 화학적 활성이 비교적 안정적이므로 주변 온도의 영향을 덜 받고 충돌 및 충돌과 같은 조건에서도 안정성이 높습니다. 압출. 또한, 전고체 배터리는 더 넓은 온도 범위를 가지며 고온 및 저온 환경에 더 잘 적응할 수 있습니다. penghui energy의 전고체 배터리 제품은 -20℃~85℃의 넓은 작동 온도 범위를 가지고 있습니다.
긴 사이클 수명. 전고체 배터리는 가연성 유기 전해질 대신 불연성 고체 전해질을 사용하는데, 이는 리튬 덴드라이트가 분리막에 구멍을 내서 단락을 일으키는 것을 방지해 배터리 안전성과 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다. 동시에 고체 전해질은 기계적 강도가 높아 배터리가 팽창하거나 수축할 때 구조적 무결성을 유지할 수 있으며 기계적 응력으로 인한 배터리 성능 저하를 줄일 수 있습니다. 고체 전해질과 전극 재료 사이의 인터페이스 호환성이 향상되어 인터페이스 임피던스의 증가를 줄이고 이상적인 조건에서 전고체 배터리의 사이클 성능을 장기적으로 안정적으로 유지하는 데 도움이 됩니다. 약 45,000회에 도달할 수 있습니다.
양극 및 음극 재료의 업그레이드로 반복 기회 제공
액체 배터리의 에너지 밀도가 한계에 가깝다는 기술적 현실을 바탕으로 향후 전고체 배터리는 액체 배터리를 부분적으로 또는 심지어 완전히 대체할 것으로 간주됩니다. 그렇다면 산업 체인의 관점에서 볼 때 둘 사이의 유사점과 차이점은 무엇입니까? 대체 프로세스는 어떤 새로운 투자 기회를 가져올까요?
먼저 '동일'을 살펴보겠습니다. 전지 구조의 관점에서 볼 때, 전고체 전지와 액체 전지는 양극, 음극, 전해질로 구성된 구조가 유사합니다. 산업 체인의 관점에서 볼 때 두 산업 체인의 구성은 업스트림 자원 끝, 미드스트림 제조 끝 및 다운스트림 응용 끝을 포함하여 거의 동일합니다. 원가 측면에서는 배터리 소재가 주요 원가원이다.
"다름"을 다시 살펴보면, 둘 사이의 주요 차이점은 사용된 재료에 있습니다. 국련증권 연구 보고서는 전고체 배터리 기술의 개발 및 응용이 "고체 전해질 → 새로운 음극 → 새로운 양극"의 형태로 단계별로 침투될 것이라고 지적했으며, 핵심은 신소재 시스템 도입. 그 중 음극 재료는 흑연 기반 음극, 리튬 함유 음극, 금속 리튬 음극으로 업그레이드되며, 양극 재료는 고니켈 삼원계에서 고전압 고전압으로 업그레이드된다. 니켈 삼원계, 초고도 니켈 삼원계, 그리고 리튬 망간산염 및 적층형 리튬 풍부 베이스와 같은 새로운 양극 재료가 반복적으로 업그레이드되며, 최종적으로는 분리막이 기존 분리막에서 산화물 코팅 분리막으로 업그레이드됩니다. 구분 기호가 제거됩니다.
음극 측면에서는 현재의 인산철리튬 및 삼원계 재료 시스템을 계속 사용할 수 있으며, 향후에는 고전압 음극 재료를 사용하여 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있습니다. 현재 전고체 배터리 음극의 개발은 주로 고니켈 삼원계 음극, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬이 풍부한 망간 기반 및 기타 경로에 중점을 두고 있습니다. 그 중 고니켈 삼원계 음극은 높은 에너지 밀도, 우수한 율속성, 높은 상용화 정도 등의 장점으로 인해 현재 주류가 되고 있다. 리튬이 풍부한 망간, 리튬니켈망간산염 등의 소재는 높은 에너지 밀도에 탁월한 장점을 갖고 있어 향후 새로운 방향이 될 것으로 예상된다. 상장사 중에는 rongbai technology(688005.sh)와 dangsheng technology(300073.sz)가 이미 전고체 배터리 업체에 고니켈 삼원계 제품을 출하했으며, guoxuan hi-tech와 beterui(835185.bj)도 있다. 레이아웃.
음극의 경우, 전고체전지의 음극재에는 주로 흑연, 실리콘, 금속리튬 등이 포함되어 있어 액체전지와는 상당히 다르다. 단기 및 중기적으로 실리콘 기반 음극재가 전고체전지 음극재의 핵심 솔루션이 될 것으로 예상된다. 실리콘의 이론적 비용량은 4200mah/g으로 현재 흑연 양극 재료의 그램 용량(372mah/g)보다 10배 이상 높습니다. 이는 낮은 전위, 높은 그램 용량, 높은 에너지 밀도, 충분한 자원 보유량과 저렴한 비용. 장기적으로 금속 리튬은 전고체 배터리 양극의 궁극적인 선택이 될 것입니다. 금속 리튬은 이론 용량이 높고 전극 전위가 낮다는 장점이 있지만, 리튬 수지상 돌기가 분리막에 구멍을 내서 발생하는 단락, 사이클링 중 부피 변화로 인한 단선 등을 포함하여 금속 리튬의 산업화에는 여전히 몇 가지 과제가 있습니다. 불안정 sei 필름 등으로 인한 성능 저하 문제
실리콘 기반 양극재로는 shanshan co., ltd.(600884.sh), xiangfenghua(300890.sz), putilai(603559.sh), beterui, zhongke electric(300035.sz) 등 모두 생산 능력을 갖추고 있습니다. 계획; 금속 리튬 양극의 경우, ganfeng lithium industry(002460.sz) 및 tianqi lithium industry(002466.sz)와 같은 리튬 자원의 전통적인 거대 기업은 장기적으로 양극 반복 및 수요 증가로 인한 시장 배당을 누릴 것으로 예상됩니다. .
반고체 전해질로 희소금속 수요 증가
전고체 배터리 기술 적용의 주요 '변수'인 고체 전해질은 재료 유형에 따라 주로 고분자 고체 전해질과 무기 고체 전해질로 나눌 수 있으며, 전자의 대표적인 시스템은 peo이다. 폴리에틸렌 산화물, 후자에는 산화물, 황화물 및 할로겐화물 시스템이 포함됩니다.
그 중 산화물 전해질은 리튬 금속에 대한 열적 안정성과 화학적 안정성이 우수하며 일반적으로 반고체 배터리에 사용됩니다. 이 경로의 대표적인 회사로는 tdk, toyota, qingtao energy, weilan new energy 및 ganfeng lithium battery, funeng technology 등이 있습니다. (688567.sh), guoxuan high-tech, lishen battery, huineng technology 등 황화물은 전도성이 뛰어나 전고체전지의 유력한 후보 소재로 꼽히는 대표적인 기업으로는 삼성sdi, sk 등이 있다. , lg 뉴 에너지, 솔리드 파워, 파나소닉, catl (300750.sz), byd (002594.sz), 광저우 자동차 그룹 (601238.sh), penghui energy 등
산화물 전해질 경로에서는 전해질 결정구조에 따라 페로브스카이트 구조형(llto 등), 가넷 구조형(llzo 등), 고속 이온 전도체형(latp), 티오포스페이트(lgps) 등으로 나눌 수 있다. 지르코늄, 란타늄, 티타늄, 게르마늄 등 금속 원료에 대한 새로운 수요를 창출할 것입니다.
llzo의 원료에는 이산화지르코늄, 질산지르코늄, 탄산지르코늄 등이 포함됩니다. 우리나라의 지르코늄 자원 매장량은 적고 수요는 많으며 수입의존도가 90% 이상에 달해 수급구조가 오랫동안 긴밀한 균형을 이루고 있다. 국내 지르코늄 생산업체로는 주로 dongfang zirconium industry(002167.sz), sanxiang new materials(603663.sh), kaisheng technology(600552.sh) 등이 있으며 이미 전고체 배터리 소재에 대한 연구 개발 지원 활동을 진행해 왔습니다. .
llzo/llto의 원료에는 산화란탄, 질산란탄, 수산화란탄 등이 포함됩니다. 중국은 희토류 자원이 풍부하고 전 세계 생산량의 70%를 차지하고 있다. 성화자원(600392.sh)과 북희토류(600111.sh)는 산화란타늄 생산능력을 보유하고 있다.
llto/latp의 원료에는 이산화티타늄, 피로인산티타늄 등이 포함됩니다. 2022년 전 세계 티타늄 자원 매장량(tio2로 계산)은 약 7억 톤에 달할 것이며, 주로 티탄암이 세계의 29%를 차지해 세계 1위를 차지할 것이다. 국내 주요 이산화티타늄 제조사로는 cnnc titanium dioxy(002145.sz), longbai group(002601.sz), vanadium titanium co., ltd.(000629.sz) 등이 있습니다.
lagp, 황화물 고체전해질 lgps 등의 원료로는 이산화게르마늄, 황화게르마늄 등이 있다. 국내 주요 기업으로는 윈난게르마늄공업(002428.sz), 지홍아연게르마늄(600497.sh) 등이 있다.
황화리튬, 전고체 전해질 원가 절감 핵심
황화물 전해질은 전고체 배터리에 적합합니다. 전해질 재료에는 주로 황화리튬(li2s), 황화나트륨(na2s), 황화칼륨(k2s) 및 기타 유형이 포함됩니다. 동양증권 연구 보고서는 열 안전성 특성, 비용, 공정 성숙도 등을 고려할 때 결정 구조가 다른 황화물 전해질 중에서 황화물 은게르마늄 전해질 lpscl(li6ps5cl)이 최고의 황화물 전고체 배터리 기술 경로 선택이라고 지적했습니다. .
그러나 황화리튬의 높은 가격은 황화물 전해질 상용화를 가로막는 주요 장애물이 됐다. lpscl을 예로 들면, 황화리튬은 lpscl 전해질 합성을 위한 핵심 원료이다. 현재 황화리튬 가격은 65만달러/톤(약 463만위안/톤)을 넘어 상용화 기준치를 훨씬 웃돌고 있다.
현재 황화리튬의 주요 생산 방법에는 기계식 볼밀링, 고온 환원법, 용매법 등이 있습니다. 이러한 제조 공정은 온도, 수분 및 에너지 소비에 대한 요구 사항이 높으며 제조 공정을 수행해야 합니다. 불활성 분위기에서는 황화리튬의 가격이 높아져 황화물 고체 전해질 비용의 거의 80%를 차지합니다. 또한, 황화물 고체 전해질은 고체-고체 계면 접촉이 불량하여 이온 전달 효율이 감소하고, 수분과 쉽게 반응하여 독성 가스를 생성하며, 생산 및 보관을 위한 불활성 환경이 필요한 등의 문제에 직면해 있습니다. 따라서 황화리튬의 제조 공정 개선은 황화물 전해질의 원가를 낮추고, 전고체전지의 원가를 낮추기 위한 핵심 요소가 되었다.
전고체전지 개발로 가장 먼저 황화리튬을 배치한 상장기업이 가장 먼저 수혜를 입을 수도 있다. tianqi lithium은 현재 차세대 황화리튬 산업화와 관련된 지원 작업을 완료했으며 10개 이상의 다운스트림 고객과 프로토타입을 수행했으며 enjie co의 지주 자회사인 hunan에서 제품 품질 개선 및 비용 절감 기술 최적화를 지속적으로 수행하고 있습니다. ., ltd. (002812.sz) 엔지에프론티어신소재의 현재 고체용 고순도 황화리튬 제품은 소규모 시연 톤 수준의 연간 생산능력을 건설, 운영을 완료하고 100톤 수준의 생산능력을 구축했다. 황화리튬 파일럿 생산 라인.
또한, 롱바이테크놀로지는 2023년 12월 황화리튬 제조방법에 관한 특허를 출원했다. 유기황 원료를 첨가해 탄소원과 황산리튬의 반응을 촉진하고 불순물인 li2o 생성을 줄여 순도를 향상시키는 효과가 있다. teng(300484.sz)의 합작 자회사인 lan haihua high energy times는 재료 변형에 획기적인 발전을 이루었으며 통제 가능한 비용을 전제로 톤급 황화리튬 원료를 대량 생산할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. , 물리적 xrd 테스트 결과 물질 순도가 높은 것으로 나타났다”며 “황화물 전해질(lipscl)의 이온전도도 성능 테스트 결과는 세계 최고 수준으로 벤치마킹할 수 있다”고 밝혔다.
(이 기사는 중국경제신문에서 발췌한 것입니다)
