미래를 주도하는 기술: 리튬-황 배터리 양극 소재가 2025년 이후 에너지 저장을 어떻게 혁신할 것인가. 차세대 배터리를 형성하는 혁신, 시장 동향 및 전략적 기회를 탐색합니다.

요약: 2025년 스냅샷 및 전략적 과제
기술 개요: 리튬-황 양극 기본 사항
주요 소재 혁신 및 엔지니어링 도전
주요 업체 및 산업 협력
제조 진전 및 대규모 전략
성능 메트릭: 에너지 밀도, 사이클 수명 및 안전성
시장 예측: 글로벌 수요 및 수익 전망 (2025–2030)
공급망 동향 및 원자재 조달
규제 환경 및 산업 표준
미래 전망: 파괴적 트렌드 및 상용화 경로
출처 및 참고자료

요약: 2025년 스냅샷 및 전략적 과제

2025년, 리튬-황(Li-S) 배터리 양극 소재 엔지니어링은 전기차(EV), 항공, 그리고 그리드 규모의 응용에 대한 차세대 에너지 저장 솔루션에 대한 긴급한 수요에 의해 결정적인 전환점을 맞이하고 있습니다. Li-S 배터리는 황 양극의 높은 특수 용량 덕분에 이론적인 에너지 밀도가 500 Wh/kg에 이를 것으로 예상되며, 이는 기존 리튬 이온 시스템의 두 배 이상입니다. 그러나 상업적 채택은 지속적인 도전 과제를 극복하는 데 달려 있습니다. 이러한 도전 과제로는 폴리설파이드 셔틀 효과, 제한된 사이클 수명, 그리고 양극의 전도성이 있습니다.

최근 몇 년 동안 양극 소재 엔지니어링에서 중요한 발전이 있었습니다. OXIS Energy(현재 Johnson Matthey의 일부)와 Sion Power와 같은 기업들은 폴리설파이드 용해를 억제하고 전자 전도성을 향상시키기 위해 전도성 탄소 매트릭스와 폴리머 코팅을 통합한 황 복합체 양극을 발전시켰습니다. Sion Power는 기존의 항공 및 특수 차량 시장을 겨냥하여 400 Wh/kg 이상의 에너지 밀도로 350 사이클을 초과하는 사이클 수명을 가진 Li-S 세포의 프로토타입을 보고했습니다.

병행하여, LioNano와 The Faraday Institution은 나노구조 양극 아키텍처와 고체 전해질 연구를 선도하고 있으며, 이는 황 활용을 더욱 안정시키고 배터리 수명을 연장하는 것을 목표로 하고 있습니다. 예를 들어, The Faraday Institution의 LiSTAR 프로그램은 영국 산업과 협력하여 부피 팽창과 기계적 열화를 완화하는 고급 바인더와 대규모 양극 제조 공정을 개발하고 있습니다.

전략적으로, 이 분야는 시제품 생산 및 공급망 현지화에 대한 투자 증가를 목격하고 있습니다. Umicore는 기존 리튬 이온 화학 외에 다양화를 탐색하는 과정에서 황 기반 양극 소재에 대한 탐구를 진행하고 있습니다. 한편, 삼성 SDI와 LG 화학은 차세대 소비자 전자 제품 및 이동 수단 응용을 위한 Li-S 프로토타입을 평가하고 있다는 보도가 있어, 기존 배터리 제조업체의 관심이 증가하고 있음을 나타냅니다.

향후 몇 년을 전망해 볼 때, Li-S 양극 소재 엔지니어링을 위한 전략적 과제는 다음과 같습니다: (1) 일관된 품질의 고급 황-탄소 복합 양극의 대규모 생산; (2) 폴리설파이드 이동 억제를 위한 고체 또는 하이브리드 전해질 통합; (3) 고순도 황 및 특수 탄소 소재에 대한 강력한 공급망 개발; (4) 상용화를 가속화하기 위한 부문 간 파트너십 육성. 지속 가능한 고에너지 배터리에 대한 규제 및 시장 압력이 강화됨에 따라, Li-S 양극 혁신은 2025년 및 그 이후의 글로벌 에너지 전환에서 변혁적 역할을 할 것으로 예상됩니다.

기술 개요: 리튬-황 양극 기본 사항

리튬-황(Li-S) 배터리 기술은 차세대 에너지 저장의 최전선에 있으며, 양극 소재 엔지니어링이 주요 기술 장벽을 극복하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. Li-S 배터리의 근본적인 매력은 그들의 높은 이론적 특정 에너지(최대 2,600 Wh/kg)에 있으며, 이는 기존 리튬 이온 배터리보다 상당히 높은 수치입니다. 이 장점은 황을 양극 소재로 사용하기 때문이며, 이는 풍부하고 비용 효과적입니다. 그러나 Li-S 배터리의 실제 구현은 양극과 관련된 여러 내재적 도전에 의해 방해받고 있습니다.

Li-S 양극 엔지니어링의 주요 문제는 황의 낮은 전기 전도성, 리튬 폴리설파이드의 용해 및 이동(소위 “셔틀 효과”), 그리고 사이클 중 큰 부피 변화입니다. 이러한 요소들은 신속한 용량 감소와 제한된 사이클 수명을 초래합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 2025년의 연구 개발 노력은 고급 양극 아키텍처 및 소재 수정을 중점적으로 진행하고 있습니다.

하나의 주요 방법은 전도성 탄소 매트릭스(예: 탄소 나노튜브, 그래핀 또는 메조다공성 탄소)를 도입하여 황 양극의 전기 전도성을 향상시키고 폴리설파이드를 물리적으로 억제하는 것입니다. 삼성 SDI와 LG 화학과 같은 기업들은 나노 소재와 대규모 배터리 제조에서의 전문성을 활용하여 이러한 복합 양극 설계를 적극적으로 탐색하고 있습니다. 또한, 금속 산화물이나 황화물과 같은 극성 무기 화합물을 첨가제나 코팅제로 사용하는 것이 폴리설파이드를 화학적으로 고정시키고 이동을 억제하는 방법으로 연구되고 있습니다.

또한, 고체 및 준고체 전해질 개발도 혁신적인 분야입니다. 이는 셔틀 효과를 완화하고 계면 안정성을 개선할 수 있습니다. 고체 배터리 기술의 선도자인 Solid Power는 자사의 고체 전해질과 함께 황 기반 양극을 평가하고 있으며, 이를 통해 더 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명을 실현할 수 있는 것을 목표로 하고 있습니다.

향후 몇 년을 바라보면, Li-S 양극 소재 엔지니어링의 전망은 밝으며, 시제품 및 초기 상용화 노력이 진행되고 있습니다. OXIS Energy(현재 Johnson Matthey의 일부)는 400 Wh/kg를 초과하는 에너지 밀도를 기록한 Li-S 파우치 셀을 이전에 시연했으며, 현재는 생산 대규모화와 사이클 안정성 향상에 집중하고 있습니다. 산업 협력 및 정부 지원 이니셔티브는 실험실 혁신을 실제 응용으로 전환하는 데 가속화를 도울 것으로 예상됩니다. 특히 전기 항공 및 장거리 전기차와 같은 분야에서 그러합니다.

요약하자면, 2025년의 Li-S 배터리 양극 소재 엔지니어링은 고급 재료 과학, 나노기술 및 제조 혁신의 융합으로 특징 지어집니다. 향후 몇 년은 이러한 발전을 상업적으로 실행 가능한 제품으로 변환하는 데 결정적인 시점이 될 것이며, 주요 배터리 제조업체와 기술 개발자들이 이 변화를 이끌어갈 것입니다.

주요 소재 혁신 및 엔지니어링 도전

리튬-황(Li-S) 배터리 기술은 차세대 에너지 저장의 최전선에 있으며, 양극 소재 엔지니어링이 2025년의 학계 및 산업 R&D에서 중요한 초점이 되고 있습니다. Li-S 배터리는 이론적으로 가장 높은 에너지 밀도(최대 2,600 Wh/kg)를 제공하여 기존 리튬 이온 배터리를 훨씬 초과하는 잠재력을 지니고 있어, 이는 상당한 투자와 혁신을 이끌어 왔습니다. 특히 황 기반 양극의 설계 및 최적화에 많은 집중이 들어가고 있습니다.

주요 엔지니어링 도전 과제는 요소 황 및 그 방전 생성물의 내재적인 낮은 전도성, 리튬 폴리설파이드의 용해 및 이동을 수반하는 악명 높은 “셔틀 효과”입니다. 이를 해결하기 위해 여러 기업과 연구 그룹이 황-탄소 복합체, 전도성 폴리머 코팅 및 나노구조 호스트와 같은 고급 양극 아키텍처를 개발하고 있습니다. 예를 들어, OXIS Energy (2021년 행정 관리 이전) 는 독자적인 전도성 매트릭스를 가진 황 양극을 선구적으로 개발했으며, 그 지적 재산권은 현재 영국 및 유럽 내 진행 중인 프로젝트에 여전히 영향을 미치고 있습니다. 한편, Sion Power는 미국에서 엔지니어링된 양극 소재를 갖춘 Li-S 세포를 활발히 개발하고 있으며, 항공 우주 및 전기차에서의 고에너지 응용을 목표로 하고 있습니다.

2025년에는 여러 기업이 엔지니어링된 양극을 포함한 Li-S 세포의 파일럿 생산을 대규모로 진행하고 있습니다. LioNano는 그래핀과 기타 전도성 첨가제를 통합한 나노구조 황 양극을 연구하고 있으며, 이에 따라 사이클 수명 및 비율 능력을 향상시키고 있습니다. 유사하게, 리튬-황 배터리 컨소시엄은 폴리설파이드 이동 억제를 위한 캡슐형 황 및 기능성 바인더와 함께 양극 조성의 발전을 진행하고 있습니다.

소재 혁신에는 금속 산화물, 황화물 및 유기 구조를 황 호스트로 사용하여 폴리설파이드를 화학적으로 고정시키고 양극 안정성을 향상시키는 방식이 포함됩니다. Nexeon과 같은 기업은 실리콘 음극 소재에 대한 전문성을 활용하여 실리콘- 황 하이브리드 양극을 탐색하고 있으며, 이는 전체 셀에서 시너지 효과를 창출할 수 있도록 돕고 있습니다.

이러한 발전에도 불구하고, 주요 엔지니어링 도전 과제가 지속적으로 남아 있습니다: 전도성을 희생하지 않고 높은 황 적재치를 달성하고, 균일한 전극 아키텍처를 대규모로 보장하며, 수백 사이클 동안 성능을 유지해야 합니다. 2025년 이후 몇 년간의 전망은 조심스럽게 낙관적입니다. 여러 파일럿 라인이 운영 중이며, 자동차 및 항공 우주 파트너들이 검증에 참여하고 있어, 업계는 2026~2027년까지 니치 시장에서 첫 상용화 배포를 예상하고 있습니다. 이는 양극 소재의 도전 과제가 협력적 혁신과 강력한 공급망 개발을 통해 해결될 경우에 해당합니다.

주요 업체 및 산업 협력

2025년 리튬-황(Li-S) 배터리 양극 소재 엔지니어링의 환경은 기존 배터리 제조업체, 혁신적인 스타트업 및 부문 간 협력의 역동적인 상호작용에 의해 형성되고 있습니다. 업계는 Li-S 화학의 기술적 장애물, 즉 폴리설파이드 셔틀 및 양극 열화를 극복하기 위해 고급 소재와 전략적 파트너십에 막대한 투자를 하고 있습니다.

가장 두드러진 기업 중 하나인 삼성 SDI는 고에너지 밀도 Li-S 셀에 대한 진행 중인 프로젝트와 함께 차세대 배터리 연구를 지속적으로 선도하고 있습니다. 이 회사의 R&D 센터는 사이클 수명 및 안전성을 향상시키기 위해 새로운 황-탄소 복합 양극 및 전해질 첨가제에 대해 작업하고 있습니다. 유사하게, LG 화학은 자사의 대규모 배터리 제조 전문성을 활용하여 Li-S 기술의 상용화를 가속화하기 위해 독자적인 양극 아키텍처를 개발하고 있습니다.

미국에서 Sion Power는 엔지니어링된 황 양극과 고급 리튬 금속 음극을 통합한 Licerion® 기술로 두드러지며, 전기차(EV) 응용을 위해 Li-S 세포의 검증을 위한 파일럿 생산 및 자동차 OEM과의 파트너십을 발표했습니다. 또 다른 주목할 만한 업체인 OXIS Energy는 2021년 행정 관리에 들어간 후에도 다른 산업 참가자들에 의해 지적 재산과 자산이 인수되어 황 양극 엔지니어링에 있어 연구 유산을 지속적으로 확보하고 있습니다.

스타트업도 상당한 기여를 하고 있습니다. LioNano와 PolyPlus Battery Company는 폴리설파이드 셔틀 효과를 해결하기 위해 새로운 양극 소재 및 보호 코팅을 발전시키고 있습니다. 특히 PolyPlus는 방어 및 상업적 응용을 위한 Li-S 프로토타입에 통합되는 보호 리튬 전극(PLE) 기술로 잘 알려져 있습니다.

산업 협력은 진전을 가속화하고 있습니다. 예를 들어, Umicore는 배터리 제조업체와 협력하여 Li-S 양극에 맞춤화된 고순도 황 및 엔지니어링된 탄소 소재를 공급하고 있습니다. 한편, BASF는 양극 안정성과 성능을 개선하기 위한 바인더 및 전도성 첨가제를 개발하기 위해 화학 전문성을 활용하고 있습니다.

앞으로의 몇 년 간에는 소재 공급업체, 셀 제조업체 및 자동차 회사 간의 조인트 벤처가 증가할 것으로 예상됩니다. 이 협력들은 Li-S 배터리 생산 확대, 양극 조성 최적화 및 실제 응용에서의 성능 검증을 목표로 하고 있습니다. 업계가 파일럿 및 초기 상용화 배포로 나아가면서, 이러한 주요 업체들과 그들의 파트너십이 남은 기술 장벽을 극복하고 Li-S 배터리가 기존 리튬 이온 시스템에 대한 실질적인 대안으로 자리잡는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

제조 진전 및 대규모 전략

실험실 규모의 혁신에서 상업 규모의 생산으로의 전환은 리튬-황(Li-S) 배터리 양극 소재 엔지니어링에서 중요한 도전 과제입니다. 2025년 현재 여러 기업 및 연구 컨소시엄이 Li-S 화학이 제기하는 독특한 제조 문제, 특히 고 황 적재 요구 사항, 고른 양극 아키텍처, 그리고 폴리설파이드 셔틀 완화 문제를 해결하기 위해 적극적으로 작업하고 있습니다. 이러한 노력은 전기차(EV), 항공 및 그리드 저장의 대량 시장 채택에 필요한 에너지 밀도, 사이클 수명 및 비용 목표를 달성하는 데 필수적입니다.

최근 몇 년 동안 가장 중요한 진전 중 하나는 구조적 무결성과 전기 전도성을 유지하면서 높은 황 함량을 가능하게 하는 확장 가능한 양극 제조 기술의 개발입니다. OXIS Energy는 2021년 행정 관리 이전에 황-탄소 복합 양극을 위한 롤-투-롤 코팅 프로세스를 개척하면서 산업 규모의 생산에 대한 선례를 설정하였습니다. 이러한 토대를 바탕으로, Sion Power는 폴리설파이드 이동을 억제하고 사이클 수명을 연장하기 위해 고급 양극 조성과 독점적인 전해질 첨가제를 활용하는 Licerion®-S 플랫폼의 대규모화에 집중하고 있습니다. Sion Power의 파일럿 제조 라인은 기존 리튬 이온 배터리 인프라와 호환되도록 설계되어 Li-S 기술로의 전환을 원활하게 합니다.

병행하여, LioNano와 The Faraday Institution은 산업 파트너와 협력하여 양극 슬러리 혼합, 코팅 균일성 및 건조 프로토콜을 최적화하고 있습니다. 이러한 공정 개선은 대규모에서 일관된 전극 품질을 달성하는 데 필수적입니다. 예를 들어, The Faraday Institution의 LiSTAR 프로젝트는 계층적 다공성 탄소 호스트 및 기능성 바인더와 같은 양극 아키텍처의 실험실 breakthroughs를 대량 생산 가능 형식으로 변환하는 데 집중하고 있습니다.

향후 몇 년을 보면 Li-S 양극 제조 전망은 점점 더 밝아질 것입니다. 수십에서 수백 메가와트시(MWh) 규모의 생산 능력을 갖춘 여러 파일럿 및 데모 플랜트가 가동될 것으로 예상됩니다. 이러한 시설들은 더 많은 공정 최적화, 자동화 및 품질 관리를 위한 테스트베드 역할을 할 것입니다. 업계 이해관계자들은 2027년까지 Li-S 양극 생산 비용이 기존 리튬 이온 양극과 유사해질 것으로 예상하며, 이는 원자재 공급망과 재활용 경로가 확립될 경우 가능합니다. 소재 공급업체, 셀 제조업체 및 최종 사용자 간의 지속적인 협력은 Li-S 배터리 기술의 대규모화 및 상용화를 가속화하는 데 필수적입니다.

성능 메트릭: 에너지 밀도, 사이클 수명 및 안전성

리튬-황(Li-S) 배터리 기술은 차세대 에너지 저장의 최전선에 있으며, 양극 소재 엔지니어링이 에너지 밀도, 사이클 수명 및 안전성과 같은 핵심 성능 메트릭을 결정하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 2025년 현재, Li-S 양극의 내재적 문제, 특히 황의 낮은 전도성, 폴리설파이드의 용해 및 반복 사이클 동안의 용량 감소 문제를 해결하는 데 상당한 발전이 이루어졌습니다.

에너지 밀도는 Li-S 배터리 개발의 주요 동력으로 남아 있습니다. Li-S 시스템의 이론적 특수 에너지는 약 2,600 Wh/kg로 기존 리튬 이온 배터리보다 훨씬 높습니다. 최근 프로토타입 및 상용화 이전 세포들은 셀 수준에서 400–500 Wh/kg의 중량 에너지 밀도를 보였으며, 일부 제조업체는 고급 양극 아키텍처 및 전해질 조성을 통해 더 높은 값을 목표로 하고 있습니다. 예를 들어, OXIS Energy(인수 및 기술 이전 이전)와 Sion Power는 엔지니어링된 황-탄소 복합체 및 보호 코팅을 통해 황 활용을 향상시키고 폴리설파이드 셔틀을 완화하기 위해 고에너지 Li-S 셀 개발에 진전을 보고했습니다.

사이클 수명은 역사적으로 Li-S 배터리의 제한 요소로 작용해왔지만, 양극 소재 설계를 혁신함으로써 눈에 띄는 개선이 이루어졌습니다. 나노구조 탄소 호스트, 전도성 폴리머 및 금속 산화물 첨가제를 도입한 결과, 더 안정적인 황 캡슐화가 가능해지고 활성 물질 손실이 감소했습니다. LioNano와 Sion Power와 같은 기업은 500회의 사이클 수명과 80% 이상의 용량 유지력을 유지하는 독자적인 양극 소재를 개발하고 있으며, 이는 전기 항공 및 중량 운송 부문에서 상업적 생존 가능성을 위한 중대한 이정표입니다.

안전성 또한 Li-S 배터리가 대규모 배포로 나아갈 때 중요한 메트릭입니다. 리튬 이온 배터리의 전이 금속 산화물에 비해 황 양극에서의 산소 방출이 없다는 것은 본질적인 안전성을 제공합니다. 그러나 리튬 금속 음극의 사용은 수지 크리스탈 형성 위험을 초래합니다. 이를 해결하기 위해, 기업들은 첨단 전해질 및 보호 계층과 함께 효율적으로 작동하는 양극 소재를 엔지니어링하고 있으며, 이는 단락 및 열 폭주 가능성을 줄입니다. Sion Power와 LioNano는 이러한 안전 중심의 혁신을 Li-S 배터리 플랫폼에 통합하는 기업 중 하나입니다.

앞으로의 몇 년은 대규모 합성 방법, 비용 절감, 그리고 고체 전해질과의 통합에 초점을 맞춘 양극 소재 공학에서 추가적인 개선이 이루어질 것으로 예상됩니다. 이러한 발전은 높은 에너지 밀도와 안전성이 필수적인 응용에서 Li-S 배터리가 광범위하게 상용화되는 가까운 미래를 촉진할 것으로 기대됩니다.

시장 예측: 글로벌 수요 및 수익 전망 (2025–2030)

리튬-황(Li-S) 배터리 양극 소재의 글로벌 시장은 2025년부터 2030년까지 상당한 성장을 준비하고 있으며, 이는 전기차(EV), 항공 및 그리드 규모의 응용에 대한 차세대 에너지 저장 솔루션에 대한 수요 증가에 의해 촉진되고 있습니다. Li-S 배터리는 기존 리튬 이온 배터리보다 이론적으로 최대 5배 더 높은 에너지 밀도를 제공하며, 그 양극 소재(주로 황 복합체)는 지속적인 엔지니어링 발전의 핵심입니다.

2025년에는 여러 산업 리더 및 스타트업이 Li-S 양극 소재의 파일럿 규모에서 초기 상업规模로 전환할 것으로 예상됩니다. Sion Power와 OXIS Energy(현재 OXIS의 자산과 IP는 새로운 소유주에게 소속됨)는 독자적인 황 기반 양극 기술을 개발하는 데 앞장서 왔습니다. Sion Power는 폴리설파이드 셔틀 및 사이클 수명 문제를 해결하기 위해 엔지니어링된 양극 소재를 포함하는 Licerion® 기술의 대규모화 계획을 발표하고 있으며, 2020년대 후반 상업적 배포를 목표로 하고 있습니다.

아시아에서는 중국 국가 에너지 및 여러 주요 배터리 제조업체가 Li-S 연구 및 파일럿 라인에 투자하고 있으며, 고에너지 밀도 배터리에 대한 수요가 증가함에 따라 시장 점유율을 확보할 계획입니다. 유럽연합은 Battery 2030+ 프로그램과 같은 이니셔티브를 통해 고급 양극 소재의 협력 R&D 및 산업화를 지원하고 있으며, 지속 가능성과 공급망 회복력에 중점을 두고 있습니다.

Li-S 양극 소재의 수익 전망은 산업 합의에 따르면 2025년부터 2030년까지 연평균 성장률(CAGR) 30%를 초과할 것으로 예상됩니다. 현재 몇백만 달러 규모의 시장은 2030년까지 20억 달러를 초과할 수 있으며, 이는 고부가가치 분야에서 성공적인 상용화 및 채택이 이루어질 경우 이루어질 수 있습니다. 황의 비용은 풍부하고 저렴하기 때문에 기술 장벽(사이클 안정성 및 양극 전도성)을 극복하면 유리한 경제성을 제공할 것으로 예상됩니다.

앞으로의 Li-S 양극 소재 엔지니어링 전망은 긍정적입니다. 주요 자동차 OEM 및 항공 우주 기업들은 차세대 양극 기술에 대한 접근을 확보하기 위해 소재 공급업체 및 배터리 개발자와 전략적 파트너십을 체결하고 있습니다. 파일럿 프로젝트가 상업 계약으로 전환됨에 따라, Li-S 양극 소재의 글로벌 공급망이 빠르게 확장될 것으로 예상되며, 북미, 유럽 및 아시아의 혁신자들이 주요 역할을 할 것으로 보입니다.

공급망 동향 및 원자재 조달

리튬-황(Li-S) 배터리 양극 소재의 공급망은 기술이 2025년 이후 상업적 가능성에 접근함에 따라 상당한 변화를 겪고 있습니다. 기존 리튬 이온 배터리와 달리 Li-S 배터리는 황을 주요 양극 소재로 사용하며, 이는 풍부하고 저렴합니다. 하지만 Li-S 배터리용 양극 소재 엔지니어링은 고순도의 황, 고급 탄소 호스트 및 폴리설파이드 셔틀 현상 및 사이클 수명 문제를 해결할 수 있는 특수 바인더 및 코팅 조달에서 고유한 문제를 제기합니다.

황은 핵심 양극 소재로서 석유 정제와 천연 가스 처리의 부산물로 널리 이용 가능합니다. BASF 및 SABIC와 같은 주요 화학 제조업체들은 산업 황의 주 공급업체로, 배터리 제조업체들에게 안정적이고 확장 가능한 공급망을 보장합니다. 황의 저렴한 가격과 전 세계적 풍부성은 기존 양극에서 사용되는 니켈 및 코발트에 비해 Li-S 배터리 생산에 상당한 경제적 이점을 제공할 것으로 예상됩니다.

양극 복합체의 엔지니어링에는 종종 황을 위한 전도성 호스트 역할을 수행하는 고급 탄소 소재가 필요합니다. Cabot Corporation 및 Orion Engineered Carbons와 같은 기업들은 에너지 저장 응용에 맞춰 고표면적 카본 블랙 및 그래핀을 포함한 특수 카본 포트폴리오를 적극적으로 확장하고 있습니다. 이러한 소재는 황 활용 개선 및 용량 감소 방지에 필수적입니다.

바인더 및 코팅 기술 또한 Li-S 양극 성능에 중요합니다. Dow 및 Arkema와 같은 공급업체들은 양극 안정성을 향상시키고 폴리설파이드 이동을 억제하기 위해 고급 폴리머 바인더 및 기능성 코팅을 개발하고 있습니다. 이러한 혁신은 신흥 Li-S 배터리 제조업체의 파일럿 대규모 생산 라인에 통합되고 있습니다.

제조 측면에서는 OXIS Energy(현재 Johnson Matthey의 일부)와 Sion Power가 Li-S 배터리 생산을 확대하는 데 있어 선두주자로, 엔지니어링된 황-탄소 복합체 및 전해질 첨가제의 신뢰할 수 있는 원천을 확보하기 위해 공급망 파트너십에 집중하고 있습니다. 2025년 현재, 이들 기업은 공급망 전반에 걸쳐 품질 관리 및 추적 가능성을 확보하기 위해 소재 공급업체와 긴밀히 협력하고 있습니다.

전망을 바라보면, Li-S 배터리 공급망은 불안정한 금속 시장에서 양극 소재 비용을 분리함으로써 혜택을 받을 것으로 예상되며, 소재 정제 및 공정 최적화에 대한 지속적인 투자가 자동차 및 그리드 저장 부문의 엄격한 요구 사항을 충족하는 데 필수적일 것입니다. 향후 몇 년 간은 소재 공급업체와 배터리 제조업체 간의 수직 통합 및 전략적 동맹이 증가할 것으로 보이며, 성능, 비용 및 지속 가능성에서 경쟁 우위를 확보하기 위해 노력할 것입니다.

규제 환경 및 산업 표준

리튬-황(Li-S) 배터리 양극 소재의 규제 환경과 산업 표준은 기술이 상업적 가능성에 접근함에 따라 빠르게 진화하고 있습니다. 2025년에는 규제 기관과 산업 컨소시엄이 Li-S 배터리의 안전한 생산, 취급 및 배치를 위한 명확한 지침을 수립하기 위해 노력을 강화하고 있으며, 특히 양극 소재 엔지니어링에 중점을 두고 있습니다.

전 세계적으로, 국제 표준화 기구(ISO) 및 국제 전기기술 위원회(IEC)는 Li-S를 포함한 차세대 배터리 화학에 대한 표준화된 표준의 개발을 주도하고 있습니다. 이러한 표준은 소재 순도, 전극 제작 및 성능 테스트 프로토콜과 같은 중요한 측면을 다루고 있습니다. 2025년에는 ISO/TC 22(도로 차량)와 IEC/TC 21(2차 전지 및 배터리) 내에서 작업 그룹들이 황 기반 양극의 고유한 특성, 즉 높은 이론적 용량 및 폴리설파이드 셔틀 효과를 수용하기 위한 표준을 초안 및 개정 작업을 진행하고 있습니다.

미국에서는 UL Standards & Engagement 부문이 배터리 제조업체 및 연구 기관과 협력하여 전기차 및 고정 응용을 위한 배터리를 규제하는 UL 2580 및 UL 1973 표준을 업데이트하고 있습니다. 이러한 업데이트는 열 안정성, 사이클 수명 및 수지 형성 완화를 위한 Li-S 양극 소재에 대한 특정 요구 사항을 포함할 것으로 예상됩니다. Sandia National Laboratories 및 Oak Ridge National Laboratory 또한 규제 결정을 위한 데이터를 제공하는 사전 표준 연구에 기여하고 있습니다.

아시아에서는 중국, 일본 및 한국의 규제 기관들이 Li-S 배터리의 상용화를 면밀히 모니터링하고 있습니다. Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)는 배터리 제조의 글로벌 리더로서 Li-S 양극 소재의 안전성과 성능을 검증하기 위한 표준화 노력 및 파일럿 프로젝트에 활발히 참여하고 있습니다. 유사하게, 삼성 SDI와 LG 에너지 솔루션도 새로운 국제 표준에 부합하도록 물질 엔지니어링 관행을 정렬하는 산업 컨소시엄에 참여하고 있습니다.

앞으로의 몇 년은 Li-S 배터리가 파일럿 규모에서 대규모 생산으로 나아가며 규제 감독이 강화될 것으로 예상됩니다. 산업 이해관계자들은 양극 소재의 추적 가능성 및 환경 준수를 보장하기 위한 새로운 인증 체계 및 라벨링 요구 사항의 도입을 예상하고 있습니다. 제조업체, 표준 조직 및 규제 기관 간의 지속적인 협력은 세계적으로 Li-S 배터리 기술의 안전하고 책임 있는 채택을 가속화할 것으로 기대됩니다.

미래 전망: 파괴적 트렌드 및 상용화 경로

리튬-황(Li-S) 배터리 양극 소재 엔지니어링의 환경은 2025년 및 그 이후의 몇 년 동안 상당한 변화를 겪을 것으로 예상되며, 이는 기술적 혁신과 고에너지, 비용 효과적인 에너지 저장에 대한 수요 증가에 의해 주도되고 있습니다. Li-S 배터리는 최대 2,600 Wh/kg의 이론적 에너지 밀도를 제공하며, 이는 기존 리튬 이온 배터리보다 상당히 높아 전기차(EV)에서 그리드 저장에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 큰 관심을 받고 있습니다.

핵심 도전 과제는 폴리설파이드 셔틀 효과를 완화하고 사이클 수명을 향상시키며 높은 황 적재를 유지할 수 있는 강력한 양극 소재를 개발하는 것입니다. 2025년에는 주요 산업 플레이어들이 고급 양극 아키텍처의 상용화를 가속화하기 위한 노력을 강화하고 있습니다. 예를 들어, OXIS Energy(현재 Johnson Matthey의 일부)는 폴리설파이드 용해를 억제하고 안전성을 개선하기 위해 설계된 독점적인 황 기반 양극 조성과 전해질 시스템에 중점을 두고 있습니다. 그들의 파일럿 규모 생산 라인은 항공 및 방위 부문을 위한 다음 세대 Li-S 셀 정보를 제공할 것으로 예상됩니다.

한편, Sion Power는 엔지니어링된 양극 복합체 및 보호 코팅을 통합하여 사이클 수명과 에너지 밀도를 연장하는 Licerion® 기술을 발전시키고 있습니다. Sion Power의 로드맵에는 제조 능력의 확대 및 2020년대 중반까지 고성능 EV 및 무인 항공기 상용화가 포함되어 있습니다.

아시아에서는 중국 국가 에너지 및 기타 주요 배터리 제조업체들이 나노구조 탄소-황 복합체 및 고체 전해질을 사용한 확장 가능한 양극 생산 방법 개발을 위해 연구 컨소시엄에 투자하고 있습니다. 이러한 노력은 수입 리튬 및 코발트에 대한 의존도를 줄이려는 정부의 이니셔티브에 의해 지원되고 있으며, 이는 황 기반 화합물의 채택을 더욱 촉진하고 있습니다.

앞으로의 파괴적 트렌드에는 양극 소재 발견을 위한 인공지능 및 머신러닝 통합, 그리고 황-탄소 복합체의 친환경 합성 경로 채택이 포함됩니다. 고체 Li-S 배터리의 출현은 세라믹 또는 폴리머 전해질을 활용하여 안전성 및 수명을 해결할 것으로 예상되며, 현재 여러 산업 연구소에서 파일럿 프로젝트가 진행 중입니다.

상용화 경로는 비용 경쟁력과 성능을 유지하면서 양극 제조의 대규모화를 중심으로 형성될 것입니다. 소재 공급업체, 셀 제조업체 및 최종 사용자 간의 전략적 파트너십은 파일럿에서 대량 생산으로의 전이를 가속화할 것으로 예상됩니다. 이러한 혁신이 성숙해짐에 따라, Li-S 배터리는 특히 경량 및 에너지 밀도가 중요한 분야에서 기존의 리튬 이온 시장을 뒤흔들 준비가 되어 있습니다.

출처 및 참고자료

USA Company Lyten’s Breakthrough Lithium-Sulfur BATTERY Will Change EV Industry FOREVER In 2024!

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리튬-황 배터리 양극 재료: 혁신 및 2025–2030 시장 전망

ByQuinn Parker