A Review of Lithium-Ion Battery Technology and Materials Supply Chain for Energy Storage and Electric Vehicles

본 논문에서는 지구온난화의 완화를 위한 탄소중립정책의 추진에 필요한 리튬이온배터리(LIB) 기술에 대하여 고찰하였다. 특히 LIB 양극소재의 개발현황과 소재 공급망 문제를 고찰하였다. 연구결과, 탄소중립정책의 추진 및 화석연료 고갈 등의 문제를 해결하기 위하여 전기자동차의 시장확대 및 탈탄소 전력 생산 등과 관련된 LIB 산업은 지속적으로 성장할 것이다. World Economic Forum에 의하면 2030년에 글로벌 배터리 수요는 2.6 TWh에 이를 것으로 전망된다. 특히 전기자동차용 리튬이온배터리는 에너지 밀도가 높은 NCM811 및 NCM900 양극소재가 적용된 배터리가 LIB 시장을 주도할 것으로 전망된다. 대용량 에너지 저장시스템(ESS)은 청정 신재생에너지원인 태양광발전 및 풍력발전 분야의 시장확대에 필수적이다. ESS 시장이 확대되면서 비전기용량은 낮지만 셀 안전성이 뛰어난 리튬인산철(LFP) 양극소재가 적용된 LIB의 시장점유율도 확대될 것으로 전망된다. LIB 시장이 확대됨에 따라 LIB 제조에 필요한 금속소재의 공급망 문제가 이슈화될 것이며, 부존자원의 한계를 극복하는 방향으로 차세대 LIB가 개발될 것이다. 차세대 리튬이차전지는 전고체전지 및 비정질암염 양극재, 바나듐 산화물 양극재, 리튬메탈전지 등 다양한 형태로 진행될 것이다. This study evaluated lithium-ion battery (LIB) technology necessary for promoting carbon neutral policy to mitigate global warming. In particular, the development status of LIB cathode materials and the material supply chain issues were examined. The results showed that the LIB industry, which is related to the expansion of the electric vehicle market and decarbonized power production, will continue to grow to promote carbon neutrality and solve the problem of fossil fuel depletion. According to the World Economic Forum, the global battery demand is expected to reach 2.6 TWh in 2030. In particular, LIBs for electric vehicles are expected to lead the LIB market with batteries using high-energy-density NCM811 and NCM900 cathode materials. Large-capacity energy storage systems (ESSs) are essential for market expansion in clean, renewable energy sources of solar and wind power generation. As the ESS market expands, the market share of LIBs using lithium iron phosphate (LFP) cathode materials is also expected to expand. As the LIB market expands, the supply chain issue of metal materials required for LIB manufacturing will become an issue. The next-generation lithium secondary batteries will be developed in various forms, including all-solid-state batteries, disordered rocksalt cathode materials, vanadium oxide cathode materials, and lithium metal batteries.