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시장보고서
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<2025> 이차전지용 바인더 기술개발 현황 및 전망(-2035)<2025> Development Status and Outlook of Binder Technology for Secondary Batteries (~2035) |
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LIB의 특성은 전극에 따라 크게 좌우되는데, 뛰어난 배터리 성능을 달성하기 위해서는 전극구조를 최적화하는 것이 최우선 과제라고 할 수 있습니다. 현재 상용화된 LIB에서 뿐만 아니라 연구 분야에서도 양극과 음극의 활물질은 많은 관심과 함께 연구 및 검토되고 있는데 비해, 전극반응에 참여하지 않는 비활성인 바인더는 낮은 중량비(≤5wt%)로 전극의 온전함을 유지하고 전기화학적 공정을 지원하며, 활물질과 도전재와 함께 전극의 성능 구현 측면에서 중요한 위치를 차지하지만 중요성에 비해 덜 주목받고 있는 것이 현실입니다.
바인더는 전극 내에서 차지하는 부분이 매우 작은 편이지만, 전극 전체 성능을 결정짓는 중요한 역할을 합니다. 바인더는 양극 및 음극의 활물질 및 도전재를 집전체인 각 극판에 잘 부착시키고, 내구성을 높이는 역할을 합니다. 바인더는 (1)전해질에 전기화학적으로 안정적이여야 하고, (2)유연성과 불용성을 가져야 하며, (3)특히 양극 바인더의 경우 산화에 의한 부식방지 기능이 있어야 합니다.
따라서, 활물질과 도전재를 집전체와 효과적으로 연결하고 부피 팽창을 수용하여 충방전 동안 우수한 전극 구조를 보장할 수 있는 높은 결합강도와 탄성을 지닌 기능성 바인더가 필요하니다. 최근 바인더 스크리닝(screening) 및 설계에 대한 더 많은 통찰력을 통해 연구의 초점이 기계적 안정화 관점에서 구조적 지지체 뿐만 아니라 전기화학적으로 이점을 제공하는 다기능성으로 이동하고 있습니다.
최근, 실리콘 음극재 채택이 늘어나면서 바인더가 리튬화(lithiation)반응에 많은 영향을 주어 전극 용량 및 사이클 안성성 향상에 도움이 된다는 연구가 나와 차세대 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 기존 바인더는 양극재에는 주로 불소수지인 PVDF(PolyVinyliDeneFluoride)를, 음극재에는 합성고무인 SBR(Styrene-Butadiene-Rubber)과 CMC(Carboxyl Methyl Cellulose) 바인더를 사용했으나, 실리콘 음극재에서는 부피변화가 커서 사용에 부적합합니다. 최근에 양극재에는 PTFE(PolyTetraFluoroEthylene)바인더가 음극재에는 PAA(PolyAcrylicAcid), PI(PolyImide)계 등 수계 바인더 등이 각광을 받고 있습니다. PAA, PI 등의 바인더는 수계 바인더로, 물 기반 수계 용매를 전해질로 사용하는 실리콘 음극재에 사용됩니다. 위 바인더들은 기존 바인더에 비해 인장강도가 높고, 접착력이 높아 실리콘 음극재의 부피 팽창에 강하며 활물질을 감싸서 안정적인 SEI(Solid Electrolyte Interphase)층을 형성합니다. 차세대 양극재 바인더인 PTFE는 건식 전극공정용 바인더로 내화학성, 내열성이 매우 뛰어난 소수성 소재로 건식 전극공정이나 전고체전지에서 주목받을 것으로 보입니다. PVDF 바인더는 일본의 Kureha, 벨기에의 Solvay, 프랑스의 Arkema가 생산하고 있으며, SBR 바인더는 일본의 Zeon에서 생산하고 있어 모두 외국산 비중이 높은 고가 품목입니다. 양극재 바인더는 국내의 켐트로스, 음극재 바인더의 경우 국내의 한솔케미칼이 국산화에 성공하여 삼성SDI와 SK On에 공급하고 있으며, LG Chem.과 금호석유화학도 음극재 바인더 공급에 나서고 있습니다.
한편 SNE Research의 글로벌 리튬이온전지용 바인더에 대한 ’24.11월 수요 전망을 보면, 2025년 181.2kton에서 2030년 311.4kton으로 증가할 것으로 전망되며, 금액으로는 2025년 4.4조원에서 ’30년 6.11조원이 될 것으로 전망하고 있습니다.
24년판 리포트에서는 특히 최근 핫 이슈가 되고 있는 전고체전지, 나트륨전지(SIB)에 대한 바인더의 열적 특성, 분산 특성을 보강하였으며, 바인더의 작동 메커니즘 및 고장 메커니즘에 대한 부분을 추가하여 이해를 돕는데 노력하였습니다. 또한 최근 발표된 리튬이온 전지 전극을 위한 바인더 설계, 합성 및 전지에의 적용에 대한 지금까지의 문헌에 나온 정보를 시간대별로 상세하게 정리하였고, 해당 문헌과 함께 명기하여 좀 더 깊은 기술은 논문을 통하여 확인할 수 있도록 배려하였습니다.
한편, 당사의 리튬이온 전지에 대한 전망자료를 기초로 바인더에 대한 수요 및 시장을 전망하였으며, 부록에는 외부 리서치 기관의 시장규모 및 전망을 인용하여 독자들이 전체적인 규모를 파악하는데 도움을 주고자 하였습니다. 특히, PVDF, SBR, CMC 등 주요 바인더인 경우, 21년, 22년, 23년 상세 시장 data에서부터 24년 전망치까지 모두 수록하여 수요의 변천을 한 눈에 확인할 수 있도록 구성하였습니다.
마지막으로, 바인더 제조업체의 ’24년 가장 최근의 현황 및 주요 제품을 정리함으로써 이 분야의 연구자 및 관심있는 분들에게 전체적인 통찰력을 제공함으로써 전지의 에너지밀도, 급속 충전 능력 및 장기 수명 특성 등 전지의 성능을 향상시키는데 큰 도움이 될 것으로 기대합니다.
The characteristics of LIBs are largely determined by the electrodes, and optimizing the electrode structure is the top priority in order to achieve excellent battery performance. While the active materials of the cathode and anode are being studied and reviewed with much interest not only in currently commercialized LIBs but also in the research field, the inactive binder that does not participate in the electrode reaction maintains the integrity of the electrode with a low weight ratio (less than or equal to 5 wt%) and supports the electrochemical process, and occupies an important position in terms of implementing the performance of the electrode along with the active material and the conductive agent, but it is receiving less attention compared to its importance.
The binder occupies a very small portion of the electrode but plays a crucial role in determining the overall performance of the electrode. It helps active materials and conductive agents in both the cathode and anode adhere firmly to the current collector while enhancing durability. A binder must be (1) electrochemically stable in the electrolyte, (2) possess flexibility and insolubility, and (3) specifically for cathode binders, provide corrosion resistance against oxidation.
Therefore, a functional binder with high bonding strength and elasticity is required to effectively connect the active material and conductive agent to the current collector, accommodate volume expansion, and ensure a stable electrode structure during charge and discharge cycles. Recently, with deeper insights into binder screening and design, research has been shifting its focus from merely serving as a structural support for mechanical stabilization to developing multifunctional binders that also provide electrochemical advantages.
Recently, with the increasing adoption of silicon anode materials, research has shown that binders significantly influence the lithiation reaction, contributing to improved electrode capacity and cycle stability. This has led to active advancements in next-generation binder development. Traditionally, fluoropolymer-based PVDF (Polyvinylidene Fluoride) has been primarily used as a binder for cathodes, while SBR (Styrene-Butadiene Rubber) and CMC (Carboxymethyl Cellulose) have been used for anodes. However, due to the significant volume expansion of silicon anodes, these conventional binders are unsuitable for use with silicon-based materials.
Recently, PTFE (PolyTetraFluoroEthylene) binders have been gaining attention for cathodes, while water-based binders such as PAA (PolyAcrylic Acid) and PI (PolyImide) are increasingly used for anodes. These water-based binders are particularly suitable for silicon anodes, which utilize water-based solvents as electrolytes. Compared to conventional binders, PAA and PI offer higher tensile strength and stronger adhesion, making them more resistant to the volume expansion of silicon anodes. Additionally, these binders encapsulate the active material, helping to form a stable SEI (Solid Electrolyte Interphase) layer, which enhances electrode stability and cycle performance.
The next-generation cathode binder, PTFE (PolyTetraFluoroEthylene), is a binder for dry electrode processes. As a highly hydrophobic material with excellent chemical and thermal resistance, it is expected to gain attention for use in dry electrode processes and solid-state batteries.
PVDF binders are produced by Kureha (Japan), Solvay (Belgium), and Arkema (France), while SBR binders are manufactured by Zeon (Japan), making them high-cost materials with a high reliance on foreign suppliers.
For cathode binders, Chemtros (South Korea) has successfully localized production, while for anode binders, Hansol Chemical (South Korea) has also achieved domestic production and is supplying to Samsung SDI and SK On. Additionally, LG Chem and Kumho Petrochemical are entering the anode binder supply market.
According to SNE Research's global demand forecast for lithium-ion battery binders as of November 2024, the market is expected to grow from 181.2 kton in 2025 to 311.4 kton in 2030. In terms of value, it is projected to increase from KRW 4.4 trillion in 2025 to KRW 6.11 trillion in 2030.
The 2024 edition of the report has been enhanced with a particular focus on solid-state batteries and sodium-ion batteries, which have recently become hot topics. It includes thermal and dispersion properties of binders for these next-generation batteries and provides additional insights into the operational mechanisms and failure mechanisms of binders to improve understanding. Additionally, the report presents a chronological compilation of research on binder design, synthesis, and application in lithium-ion battery electrodes, covering all relevant literature published to date. For those seeking deeper technical details, references to the original papers have been included, allowing for further exploration of the subject.
Based on our lithium-ion battery market outlook, we have projected the demand and market trends for binders. In the appendix, we have included market size estimates and forecasts from external research institutions to help readers gain a comprehensive understanding of the overall market scale. For key binders such as PVDF, SBR, and CMC, the report includes detailed market data from 2021, 2022, and 2023, along with forecasts for 2024, providing a clear view of demand trends over time.
Finally, by compiling the most recent status and key products of binder manufacturers in 2024, this report aims to provide comprehensive insights for researchers and industry professionals. It is expected to contribute significantly to improving battery performance, including energy density, fast-charging capability, and long-term cycle life.
