전고체 배터리 트랙은 선두주자로 붐비고 있다
2024-09-14
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경제 관찰자 liu xiaolin 기자 대량생산에는 몇년이 걸릴까요? 신에너지 차량 분야의 이러한 일반적인 제안은 최근 차량용 전원 배터리의 궁극적인 형태인 고체 배터리로 전환되었습니다. 올 초 중국과학원 원사이자 칭화대 교수인 어우양 밍가오(ouyang minggao)는 “전고체전지는 우리가 직면한 위협이자 도전이다. 전고체전지 양산은 미국, 일본, 한국 등이 주도하고 있다”고 경고했다. 위험 경고 이후 전고체전지 양산 일정은 신세계에서 가장 주목받는 정보가 됐다. 에너지 분야에서도 중국 배터리 업체 전체가 전고체 배터리를 먼저 생산하기 위해 시간을 다투는 추세를 보이고 있다.
4월부터 9월까지 5개월간 중국 업체들은 전고체전지 연구개발 결과와 양산 시기 등을 잇달아 공개하며 2027년 시작 예정이었던 상용화 경쟁을 예정보다 앞당겨 촉발시켰다. ouyang minggao는 최근 전고체 배터리의 상용화에는 시간이 걸리고 대규모 대량 생산에는 최소 5년이 걸릴 것이라고 다시 강조했지만, 배터리 제조업체와 자동차 회사가 제공하는 시간표를 보면 그렇게 오래 걸리지 않고 기다릴 수 없음을 보여줍니다. .
saic는 지난 5월 전고체전지 양산 500일 카운트다운에 돌입했다고 밝혔다. 전고체전지는 2026년 양산해 차량에 탑재할 예정이다. 이것이 가장 빠른 일정이 됐다. 전고체 배터리 양산을 위해 catl은 전고체 배터리에 중점을 두고 있다. "2027년 소규모 생산 달성", 비주류 배터리 기업 펑후이 에너지(penghui energy)가 전고체 배터리 제품 출시, "전고체 배터리의 획기적인 발전"이라는 문구 9월 초 2개의 '20cm 일일 한도'를 발표한 weilan new energy는 '황화물(전고체) 배터리가 올해 판매될 예정'이라고 발표하여 배터리 소재 분야의 전문가들을 흥분시켰습니다. 많은 기업들이 다양한 전고체를 개발했다고 발표했다. 전고체전지의 핵심 부품인 전해질이 지난 9월 1일 파워배터리 컨퍼런스에서 파일럿 테스트를 마치고 소량 공급을 달성했다고 밝혔다. 첫 주인공 등장으로 화제를 모았고, 자본시장에서의 인기로 화제는 더욱 뜨거워졌는데…
중국 기업의 '점프 스타트'에 힘입어 일본 기업들이 전고체 배터리 양산을 계속 미루고 있다. 최근에는 토요타가 2026년 양산 속도를 앞세우고 있다. 유럽과 미국의 과학 연구팀과 배터리 소재 공급업체들도 전고체 배터리 연구 개발의 최신 진행 상황을 지속적으로 보고하고 있습니다. 해외 기업들은 기회를 포착하고 전고체 배터리를 신에너지 자동차의 글로벌 경쟁 구도를 뒤집는 분수령으로 활용하기를 기대하고 있습니다. 모든 정보에 따르면 실험실에서 생산 라인까지 전고체 배터리 사이의 거리가 지속적으로 단축되고 있습니다.
그러나 중국이 앞서 나가기 위해 사용하는 기술은 기술적으로 가장 파괴적인 전고체 배터리가 아니라 과도기적 기술인 '반고체 배터리'이다. 올해부터 saic, nio, gac 등 많은 자동차 회사들이 신차에 반고체 배터리를 탑재해 셀링 포인트로 홍보하고 있다. 하지만 차이점은 중국산 배터리가 여전히 전고체 기술에서 전복될 위험이 있다는 점이다. 국내 배터리업체 한량(가명) 임원은 “사실 중국의 강점은 산업화 속도에 있다”고 말했다. 기초재료 연구의 단점을 피하고, 거대한 시장과 산업체인을 활용하여 조기에 산업화를 달성하고, 산업화 과정에서 반복적인 기술 업그레이드를 달성하는 것이 전고체 배터리의 곡선을 앞서가는 중국의 전략입니다.
그러나 한편으로는 3년 내 전고체전지 양산을 위한 카운트다운이 시작됐다. 반고체 대량생산의 상업적 가치, 투자 효율성의 합리성, 기술적인 어려움을 어떻게 돌파할 것인가. 전고체 배터리는 모두 피할 수 없는 위험입니다. 더 중요한 것은 전고체 배터리로 인한 중국의 거대한 배터리 산업 체인의 구조 조정과 액체 배터리가 어디로 갈 것인지 등 산업 차원의 내부 전복 문제에 대한 빠른 해결이 필요하다는 것입니다.
양산 카운트다운
전고체 배터리는 이름에서 알 수 있듯이 고체 전해질을 사용하는 배터리입니다. 전통적인 액체 리튬 배터리는 주로 양극, 음극, 전해질 및 분리막의 네 가지 핵심 요소로 구성됩니다. 전고체 배터리는 기존 액체 리튬 배터리의 액체 전해질과 분리막을 고체 전해질로 대체하고 새로운 양극 및 음극 재료를 사용합니다. 신소재와 신기술을 적용하면 전고체전지는 더 작은 크기에 높은 안전성, 높은 에너지 밀도, 더 빠른 충방전 속도, 높은 온도 적응성을 가질 수 있게 된다. 그 중에서도 배터리 누수 및 폭발 위험을 획기적으로 줄여준다는 장점만으로도 신에너지 자동차의 가치를 다시 쓰기에 충분하다.
따라서 전고체 배터리는 차세대 배터리의 첫 번째 선택으로 인식되었습니다. 일본, 한국, 유럽 및 미국은 전고체 배터리 개발을 국가 산업 전략의 정점에 두었습니다. 그 중 일본은 이미 30년 전부터 도요타, 파나소닉 등으로 대표되는 전고체전지 개발에 나섰다. 한국의 전지도 유럽, 미국 기업과 협력해 일찌감치 전고체전지 연구개발에 투자했다. 중국은 10년 전부터 전고체 배터리 연구개발을 시작했다. 지난 5년간 전고체 배터리 특허 출원 건수는 급증했지만, 전체 출원 건수는 여전히 일본과 한국에 뒤진다. 특허의.
"전고체전지, 특히 전고체전지의 대량생산은 기술 패권 다툼과 직결됩니다." qingtao energy의 공동 창립자이자 총책임자인 li zheng은 대량 생산에 먼저 들어가는 사람이 다음 단계의 신에너지 차량 경쟁에서 누가 기술 우위를 차지하게 될지 결정할 것이라고 말했습니다. 즉, 전 세계 동력배터리 출하량의 60%를 차지하는 중국이 신에너지 자동차 분야에서 경쟁우위를 계속 유지할 수 있을지 여부는 고체전지의 상용화 속도, 기술력, 산업체인 성숙도와 밀접한 관련이 있다. 상태 배터리.
이런 위기감은 올해 중국 전고체전지가 도약하는 주요 이유이기도 하다. 연구 기관, 배터리 산업 체인 회사 및 자동차 회사에 관계없이 모두 실험실 대신 시장을 사용하고 반고체 배터리를 사용하여 대량 생산에 앞장서 새로운 트랙의 위치를 선점하고 선두를 차지했습니다. 전고체전지 산업화의 첫걸음.
올해 5월 saic 그룹의 신에너지 10년 성과 전시회에서 saic 산하 전고체 배터리 회사인 qingtao energy가 주인공이 되었을 뿐만 아니라 1세대 반고체 lightyear 버전을 일괄 납품하겠다고 발표했습니다. - zhiji l6용 배터리는 올해 출시될 예정이며, 2025년에는 전고체 제품이 2020년부터 saic 자체 브랜드의 순수 전기 및 하이브리드 모델에 폭넓게 탑재될 예정이며, 전고체 배터리가 공식적으로 양산될 예정이다. - 2026년 생산. 이는 지금까지 중국에서 전고체전지를 양산하는 속도 중 가장 빠른 속도다.
액체 전해질 함량의 점진적인 감소에 따라 전고체 배터리의 개발 경로는 크게 반고체(5~10wt%), 준고체(0~5wt%), 전고체(0wt%)로 나눌 수 있습니다. 그 중 반고체 및 준고체 사용 전해질은 모두 혼합 고체-액체 전해질이다. 계획에 따르면 saic의 전고체 배터리 양산은 1단계에서 전해액의 액체 함량을 19%, 2단계에서는 1단계로 낮추게 된다. 5%, 세 번째 단계에서는 1%로 감소됩니다.
saic의 산업화 아이디어는 처음 두 단계에서 전고체 배터리 기술의 점진적인 대량 생산을 사용하고 saic의 거대한 산업 규모에 의존하여 새로운 업스트림 및 다운스트림 산업 체인, 특히 핵심 재료, 핵심 장비의 업스트림 공급을 육성하는 것입니다. 등을 공급하고 있으며, saic 그룹의 독립 브랜드가 전고체 배터리 기술을 대규모로 개발할 수 있는 기회와 결합하여 전체 산업 체인의 업그레이드를 달성하고 전고체 배터리의 대량 생산을 달성할 수 있습니다. .
이는 대부분의 자동차 회사의 생각이기도 하다. 현재까지 주요 자동차 회사는 물론 catl, funeng technology, guoxuan hi-tech, xinwangda, tianqi lithium, yiwei lithium, ganfeng lithium 및 huineng technology로 대표되는 배터리 제조업체가 대표하는 리튬 배터리 재료 제조업체는 전고체전지 관련 제품 출시 리듬을 발표했다. 또한 태란(tailan), 웨이란(weilan), 칭다오(qingtao) 등 전고체전지 스타트업의 양산 속도도 큰 주목을 받고 있다.
단계적으로 전고체화를 달성하는 것은 국내 배터리 제조사들의 공통된 경로이기도 하다. funeng technology 관계자는 funeng technology가 향후 5~10년 내에 반고체 배터리에서 전고체 전력 배터리로 제품화를 완료할 예정이며, 이 기간 동안 세 가지 기술 업그레이드를 거칠 것이라고 말했습니다. 그 중 1세대 소프트팩 반고체 배터리는 2021년 양산에 들어갔습니다. 이후 funeng technology는 2세대 및 3세대 업그레이드된 반고체 배터리 제품을 출시해 액체 전해질 함량을 점차적으로 낮추고 개선할 예정입니다. 배터리 셀의 성능을 향상시키기 위해 마침내 전고체 배터리가 출시되었습니다.
반고체 배터리: 반제품 또는 피할 수 없는 길
하지만 2027년부터 전고체전지가 소량 생산에 들어갈 것이라는 일반적인 예측으로 볼 때, 반고체전지의 경기주기는 3년에 불과할 것으로 보인다. 이렇게 짧은 적용주기 속에서 반고체전지의 상품가치가 높을까?
실제로 업계에서는 반고체 배터리 기술 양산의 합리성을 두고 논란이 끊이지 않는다. 성능 측면에서 보면 반고체 배터리의 가장 큰 특징은 전해질이 일정 비율의 액체를 갖고 있고 완전히 고체가 아니라는 점이다. 반고체 배터리는 액체 동력 배터리에 비해 주행 거리와 비용 대비 성능이 우수하고 침술 능력과 주기 수명도 향상되었습니다. 위의 반고체 배터리의 칭다오 도광년 버전은 에너지 밀도가 300wh/kg 이상입니다(현재 액체 전력 배터리의 에너지 밀도는 100wh/kg~250wh/kg입니다). 배터리 수명은 1,000km 이상이며 12분 만에 충전할 수 있습니다. 최대 400km를 충전할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 현재 반고체 배터리는 일반적으로 기존 배터리 생산 공정과 장비를 최대한 활용할 수 있는 폴리머 경로를 선택하고 생산 난이도와 비용이 제어 가능한 범위 내에 있다는 점입니다.
전문가들은 반고체전지의 대량생산이 기존 액상리튬이온전지의 성능이 한계에 도달했기 때문으로 보고 있는데, 이는 정확하지 않다. han liang은 "리튬 이온 배터리 기술은 아직 성숙되지 않았습니다. 그의 견해로는 액체 리튬 이온이 거시 정책, 국가 전략, 환경 위기, 시장 기대 등의 복합적인 영향을 받아 거대한 산업을 형성했을 뿐입니다."라고 말했습니다. 실제로 반고체 배터리 간 충돌 가능성도 있다.
han liang은 이 단계에서 반고체 상태를 액체 배터리의 개선으로 간주하는 것을 선호합니다. "기술적 구현 경로에서 볼 때 반고체 상태와 완전 고체 상태는 본질적으로 서로 다른 두 가지 도로입니다. 적절하지 않을 수 있는 예를 들자면 반고체 상태는 l3에 무한히 가까운 보조 주행과 같지만 l3 지능형 주행과는 본질적으로 다릅니다."
중국 자동차 전력 배터리 산업 혁신 연합(china automotive power battery industry innovation alliance)의 데이터에 따르면 2024년 첫 5개월 동안 국내 반고체 배터리 설치 용량은 1,621.8mwh에 도달했습니다. 업계에서는 2024년을 반고체전지 대규모 양산의 전야라고 부르며, 2025년과 2030년 글로벌 전고체전지 출하량은 각각 38gwh, 509gwh에 달할 것으로 내다보고 있다.
li zheng은 배터리 기술 측면에서 글로벌 기업 간의 격차가 크지 않고 동일한 기술 단계에 있다고 말했습니다. 중국 동력 배터리의 장점은 주로 사용 규모와 시장 점유율에 반영됩니다.
파괴(disruption): 돌파하기 어려운 기술적 한계점
“10년 전부터 일본, 미국, 유럽, 한국 등이 전고체전지 대량생산을 추진하기 시작했지만 굉장히 어려웠다.” li zheng의 견해에 따르면, 핵심 소재의 변화로 인해 기존 배터리에서 전고체 배터리로의 진화는 기술 및 산업 변화의 도전에 직면해 있습니다.
이를 바탕으로 ouyang minggao의 전고체 배터리 상용화 일정은 2024년에 반고체 배터리 산업화가 구현되고, 2027년에는 전고체 배터리 제품이 출시될 것으로 예상되며, 전고체 배터리 제품은 2027년에 출시될 예정이다. 국영 배터리는 2030년에 전면 생산에 들어가며 생산량이 1000억 위안을 넘을 예정이다. catl의 zeng yuqun 회장은 catl의 정확한 진행 상황을 다음과 같이 설명했습니다. 전고체 배터리의 기술 성숙도를 1부터 9까지의 숫자로 평가하면 catl은 현재 레벨 4입니다. 일부 장치 샘플만 만들고 몇 가지 실험을 수행했습니다. 검증.
"전해질 문제를 먼저 해결하고, 음극 문제를 해결한 다음, 양극 문제를 해결하세요. 서두를 필요가 없습니다." ouyang minggao는 '2024년 세계 파워 배터리 컨퍼런스 하이엔드 대화'에서 전고체 배터리가 극복해야 할 기술적 어려움이 여전히 많고 단계적으로 진행해야 하며 맹목적으로 속도를 추구할 수 없다고 강조했습니다.
중국 공정원의 외국 학자 sun xueliang도 전고체 배터리 기술에는 여전히 많은 과제가 있다고 말했습니다. 그 중 전해질에는 황화물, 산화물, 폴리머 및 기타 기술 경로를 사용하는 것이 더 낫습니다. 아니면 새로운 전해질을 개발해야 할까요? 이러한 문제는 모두 해결되어야 합니다.
전해질을 '액체'에서 '고체'로 바꾸는 것이 가장 큰 과제입니다. 실험실에서 샘플을 성공적으로 개발하는 것부터 차량에 장착할 수 있는 생산 라인에서 표준 성능을 갖춘 전고체 배터리를 대량 생산하는 것까지, 도전 과제는 그에 못지않게 엄청납니다.
다양한 전해질에 따라 전고체 배터리 기술 경로는 주로 고분자 고체 배터리, 산화물 고체 배터리 및 황화물 고체 배터리의 세 가지 주요 범주로 나뉩니다. 현재 전고체 배터리의 주류 기술로서 어떤 기술 경로가 더 적합한지에 대해 전 세계적으로 통일된 이해가 없습니다.
구체적으로 토요타, 혼다, 닛산 등 일본 자동차 기업과 lg, 삼성, ski 등 한국 배터리 기업은 모두 황화물 기술을 채택했다. 이 경로는 대량생산이 어려워 도요타가 당초 양산 시기를 2030년으로 연기했다. 미국의 스타트업 기술 회사는 독일 자동차 회사의 주요 파트너이며 황화물, 산화물 및 폴리머 분야에서 활동하고 있습니다. 한국도 병렬산화물과 황화물 기술을 개발하고 있다. 중국 기업들도 다양한 경로를 모색하고 있다.
양극 재료 측면에서 전고체 배터리의 선택은 산업적 관점에서 볼 때 현재 양극에는 주로 고전압 고니켈 삼원계, 리튬이 풍부한 망간 기반, 초고 니켈 삼원계가 포함됩니다. 리튬 니켈 망간산염 및 기타 음극 재료 실리콘 기반 및 리튬 금속이 주요 재료입니다. 소재가 다양해지면 전고체 배터리의 선택성이 높아지는 반면, r&d 비용과 주기에 불확실성이 생기기도 합니다.
이를 위해 ouyang minggao는 ai 기술이 전고체 배터리 연구 개발에서 중요한 역할을 할 것이라고 구체적으로 지적했습니다. "ai 대형 모델 스크리닝의 효율성은 실제로 훨씬 높습니다. 실험적 검증을 위해 더 많은 실현 가능한 공식을 스크리닝하고 r&d 프로세스의 우회를 줄일 수 있습니다." han liang은 미국의 r&d 센터가 이미 ai 기술을 사용하고 있다고 말했습니다. ai 전체 기술은 아직 초기 단계이고, 모델 자체도 데이터가 충분히 공급되지 않아 아직 성숙하지 않아 실제로 적용되기까지는 시간이 걸릴 것입니다.”
소재 외에도 전고체 배터리는 생산 공정에서도 새로운 도전에 직면해 있습니다. 그 중 산화물 전해질을 제조하려면 900°c 이상의 고온이 필요하고, 황화물 전해질을 제조하려면 조립 환경이 영하 60°c 이하의 온도를 보장해야 한다. zeng yuqun은 catl이 현재 일부 장치 샘플을 생산했지만 "이러한 장치의 사용에는 6,000기압에서 높은 저온 성능을 달성하는 등 많은 경계 조건이 있습니다. 이는 이러한 장치가 아직 시장에 출시되지 않았음을 의미합니다"라고 말했습니다. 애플리케이션."
"전고체 배터리의 산업화는 매우 어렵습니다. 이를 위해서는 재료 과학 문제의 돌파구가 필요할 뿐만 아니라 공정 장비의 혁신과 새로운 산업 체인의 육성이 필요합니다."라고 li zheng은 말했습니다. 고체 전해질 재료 응용 실현, 새로운 양극 및 음극 재료 산업의 재구성, 배터리 생산 공정 및 장비에 대한 새로운 개발 및 투자를 포함하여 새로운 산업 체인을 구축합니다.
전고체전지에 사용되는 음극재는 금속 리튬으로, 리튬 가격이 흑연보다 훨씬 높다. 현재 전고체전지 제조원가는 리튬이온전지 대비 4~25배 수준이다.
종합하면, 전고체전지의 전과정에는 소재 연구개발, 생산공정, 비용 등 측면에서 실험실부터 생산라인까지 해결되지 않은 병목현상이 존재한다. "2027년 산업화 시작을 목표로 노력하고 있으며, 비용에 민감하지 않은 일부 신흥 분야에 소규모로 적용 가능합니다. 첫 번째 적용이 반드시 자동차일 필요는 없지만 저고도 항공기일 수도 있습니다." 한량은 퉁명스럽게 말했다.
기업들의 정보에 따르면 전고체전지의 산업화 병목 현상은 양산에 앞서 반드시 해결해야 할 문제인 것으로 나타났다. saic qingtao가 공개한 정보에 따르면, saic qingtao가 개발한 전고체 배터리는 재료와 공정의 단순화와 혁신을 기반으로 셀 엔드에서 pack 엔드까지의 단가를 최대 40%까지 절감할 수 있습니다. 액체 배터리를 사용하면 비용 이점이 매우 분명합니다.
xinchen information의 연구원인 zhang jinhui는 실험실 샘플과 실제 대량 생산 제품 사이에 큰 격차가 있을 것이라고 상기시켰습니다. 대량 생산 이후 전고체 배터리의 수율과 안정성은 주요 과제가 될 것입니다.
배터리 산업의 관점에서 볼 때, 액체 동력 배터리가 기술의 주류에서 물러난다면 배터리 산업 체인의 투자 패턴도 바뀔 것이라는 점은 언급할 가치가 있습니다.
이에 대해 어우양 밍가오(ouyang minggao) 대표는 “중국 배터리 산업의 경우 기존 액체 배터리를 기반으로 한 산업 체인이 이미 상당히 크고 성숙해 있기 때문에 전고체 배터리 배치에 대해서는 충분한 합의가 필요하다”고 말했다.
기술 혁명은 언제나 새로운 산업 혁명과 새로운 비즈니스 모델을 이끄는 가장 큰 원동력입니다. 그러나 모든 파괴적인 기술 혁명 뒤에는 성숙한 산업 체인도 파괴에 직면하게 됩니다. 신에너지 차량에 의한 내연기관 산업 체인의 전복은 전형적인 예입니다. 향후 5~10년 내에 전고체 배터리의 대량 생산과 함께 기존 전력 배터리 산업 체인의 재구성이 점차 나타날 것으로 예상됩니다.
(출처: 경제관측망)
