에너지 산업의 공급망 중단: 리튬 이온 배터리 공급 문제

청정 에너지에 대한 추진과 전기 자동차에 대한 수요 증가로 인해 제조업체에는 배터리, 특히 리튬 이온 배터리가 그 어느 때보다 필요합니다.배터리 구동 차량으로의 전환이 가속화되는 사례는 어디에서나 볼 수 있습니다. 미국 우체국은 차세대 배달 차량 및 기타 상업용 차량의 최소 40%가 전기 차량이 될 것이라고 발표했으며, Amazon은 12개가 넘는 도시에서 Rivian 배달 밴을 사용하기 시작했습니다. 월마트는 전기 배달 밴 4,500대를 구매하는 계약을 체결했습니다.이러한 각 전환으로 인해 배터리 공급망에 대한 부담이 가중됩니다.이 기사에서는 리튬 이온 배터리 산업의 개요와 이러한 배터리의 생산 및 미래에 영향을 미치는 현재 공급망 문제를 제공합니다.

I. 리튬이온 배터리 개요

리튬이온 배터리 산업은 원자재 채굴과 배터리 생산에 크게 의존하고 있으며 둘 다 공급망 간섭에 취약합니다.

리튬 이온 배터리는 그림 1과 같이 주로 양극, 양극, 분리막, 전해질의 네 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 높은 수준에서 음극(리튬 이온을 생성하는 구성 요소)은 리튬 산화물로 구성됩니다.1 양극(리튬 이온을 저장하는 구성 요소)은 일반적으로 흑연으로 만들어집니다.전해질은 염, 용매, 첨가제 등으로 구성된 리튬이온의 자유로운 이동을 가능하게 하는 매질이다.마지막으로 분리막은 음극과 양극 사이의 절대적인 장벽입니다.

음극은 공급망 문제가 발생할 가능성이 가장 높은 곳이기 때문에 이 기사와 관련된 중요한 구성 요소입니다.음극의 구성은 배터리의 용도에 따라 크게 달라집니다.2

지원 필수요소

휴대폰

카메라

노트북 코발트 및 리튬

전동 공구

의료 장비 망간 및 리튬

or

니켈-코발트-망간 및 리튬

or

인산염과 리튬

새로운 휴대폰, 카메라, 컴퓨터에 대한 보급과 지속적인 수요를 고려할 때 코발트와 리튬은 리튬 이온 배터리 생산에서 가장 귀중한 원자재이며 오늘날 이미 공급망 중단에 직면해 있습니다.

리튬 이온 배터리 생산에는 (1) 원자재 채굴, (2) 원자재 정제, (3) 배터리 자체 생산 및 제조의 세 가지 중요한 단계가 있습니다.각 단계에는 생산 과정에서 문제가 발생할 때까지 기다리기보다는 계약 협상 중에 해결해야 하는 공급망 문제가 있습니다.

II.배터리 산업 내 공급망 문제

가. 생산

중국은 현재 전 세계 리튬 이온 배터리 공급망을 장악하고 있으며, 2021년에 전 세계 시장에 출시된 전체 리튬 이온 배터리의 79%를 생산하고 있습니다.3 중국은 또한 배터리 저장 장치 및 전기 자동차4용 전 세계 리튬 정제의 61%와 가공의 100%를 통제합니다. 배터리 양극에 사용되는 천연 흑연.5 리튬 이온 배터리 산업 및 관련 희토류 원소에서 중국이 차지하는 지배적인 위치는 기업과 정부 모두에게 우려의 원인입니다.

코로나19, 우크라이나 전쟁, 불가피한 지정학적 불안은 계속해서 글로벌 공급망에 영향을 미칠 것입니다.다른 산업과 마찬가지로 에너지 부문도 이러한 요인의 영향을 받아왔고 앞으로도 계속 영향을 받을 것입니다.배터리 생산에 중요한 재료인 코발트, 리튬, 니켈은 생산과 가공이 지리적으로 집중되어 있고 노동권과 인권을 침해한다고 주장되는 관할권에 의해 지배되기 때문에 공급망 위험에 노출되어 있습니다.자세한 내용은 지정학적 위험 시대의 공급망 중단 관리에 관한 기사를 참조하세요.

아르헨티나는 또한 현재 운영 중인 광산이 단 2개에 불과해 전 세계 매장량의 21%를 차지하므로 전 세계 리튬 쟁탈전의 최전선에 서 있습니다.6 중국과 마찬가지로 아르헨티나도 원자재 채굴 분야에서 막대한 영향력을 행사하고 있으며 리튬 자원을 확대할 계획입니다. 13개의 광산이 계획되어 있고 잠재적으로 수십 개가 더 진행되고 있어 리튬 공급망에 더 큰 영향을 미칠 것입니다.

유럽 ​​국가들도 생산량을 늘리고 있으며, 유럽 연합은 2025년까지 전 세계 생산 능력의 11%를 차지하여 세계에서 두 번째로 큰 리튬 이온 배터리 생산국이 될 준비가 되어 있습니다.7

최근의 노력에도 불구하고8 미국은 희토류 금속 채굴이나 정제 분야에서 상당한 영향력을 갖고 있지 않습니다.이 때문에 미국은 리튬이온 배터리 생산을 해외 자원에 크게 의존하고 있다.2021년 6월, 미국 에너지부(DOE)는 대용량 배터리 공급망에 대한 검토를 발표하고 완전한 국내 배터리 공급망을 지원하기 위해 핵심 재료에 대한 국내 생산 및 처리 역량을 구축할 것을 권장했습니다.9 DOE는 다양한 에너지 기술은 불안정하고 불안정한 외국 소스에 크게 의존하므로 배터리 산업의 국내 성장이 필요합니다.10 이에 대응하여 DOE는 2022년 2월에 두 건의 의향서를 발표하여 다음과 같은 중요한 리튬 이온 배터리의 미국 생산을 늘리기 위해 29억 1천만 달러를 제공했습니다. 에너지 부문 성장.11 DOE는 배터리 재료의 정제 및 생산 공장, 재활용 시설, 기타 제조 시설에 자금을 지원할 계획입니다.

새로운 기술은 리튬이온 배터리 생산 환경도 변화시킬 것입니다.캘리포니아에 본사를 둔 스타트업 회사인 Lilac Solutions는12 기존 방법보다 최대 2배 많은 리튬을 회수할 수 있는 기술을 제공합니다.13 마찬가지로 Princeton NuEnergy는 오래된 배터리에서 새 배터리를 만드는 저렴하고 지속 가능한 방법을 개발한 또 다른 스타트업입니다.14 이러한 유형의 신기술은 공급망 병목 현상을 완화할 수 있지만 리튬 이온 배터리 생산이 원자재 가용성에 크게 의존한다는 사실을 바꾸지는 않습니다.결론은 세계의 기존 리튬 생산이 칠레, 호주, 아르헨티나 및 중국에 집중되어 있다는 것입니다.15 아래 그림 2에서 알 수 있듯이 해외 조달 재료에 대한 의존도는 리튬의 추가 개발이 이루어질 때까지 향후 몇 년간 계속될 가능성이 높습니다. 희토류 금속에 의존하지 않는 배터리 기술.

그림 2: 미래 리튬 생산원

나. 가격

별도의 기사에서 Foley의 Lauren Loew는 리튬 가격 급등이 어떻게 배터리 수요 증가를 반영하는지 논의했으며, 비용은 2021년 이후 900% 이상 상승했습니다.16 인플레이션이 사상 최고 수준을 유지함에 따라 이러한 가격 급등은 계속됩니다.리튬이온 배터리 가격 상승과 인플레이션으로 인해 이미 전기자동차 가격이 상승하고 있습니다.인플레이션이 공급망에 미치는 영향에 대한 추가 정보는 인플레이션 문제: 기업이 공급망에서 인플레이션을 해결하는 네 가지 주요 방법 기사를 참조하세요.

의사결정자는 리튬이온 배터리와 관련된 계약에 인플레이션이 미치는 영향을 알고 싶어할 것입니다.“미국과 같이 잘 확립된 에너지 저장 시장에서는 비용이 높아져 일부 개발자가 구매자와 계약 가격을 재협상하려고 합니다.이러한 재협상에는 시간이 걸리고 프로젝트 시운전이 지연될 수 있습니다.”연구 회사인 BloombergNEF의 에너지 저장 직원인 Helen Kou는 말합니다.17

C. 운송/인화성

리튬 이온 배터리는 미국 교통부(PHMSA)의 미국 교통부(DOT) 위험 물질 규정에 따라 위험 물질로 규제됩니다.표준 배터리와 달리 대부분의 리튬 이온 배터리는 가연성 물질을 포함하고 있으며 에너지 밀도가 엄청나게 높습니다.결과적으로 리튬 이온 배터리는 단락, 물리적 손상, 부적절한 설계 또는 조립과 같은 특정 조건에서 과열되어 발화될 수 있습니다.일단 점화된 리튬 셀 및 배터리 화재는 진화하기 어려울 수 있습니다.18 따라서 기업은 리튬 이온 배터리와 관련된 거래에 참여할 때 잠재적인 위험을 인식하고 적절한 예방 조치를 평가해야 합니다.

현재까지 전기 자동차가 기존 자동차에 비해 자연 화재 발생 가능성이 더 높은지 여부를 결정하는 결정적인 연구는 없습니다.19 연구에 따르면 전기 자동차의 점화 가능성은 0.03%에 불과한 반면, 기존 연소 엔진의 점화 가능성은 1.5%입니다. .20 고전압 배터리와 내연기관을 갖춘 하이브리드 차량은 차량 화재 발생 가능성이 3.4%로 가장 높습니다.21

2022년 2월 16일, 독일에서 미국으로 약 4,000대의 차량을 운반하는 화물선이 대서양에서 화재를 일으켰습니다.22 거의 2주 후에 화물선은 대서양 한가운데서 침몰했습니다.탑승한 기존 차량과 전기 차량의 고장에 대한 공식 성명은 없지만 리튬 이온 배터리 차량으로 인해 화재 진압이 더 어려워졌을 것입니다.

III.결론

세계가 더 청정한 에너지를 향해 나아가면서 공급망과 관련된 질문과 문제가 커질 것입니다.이러한 질문은 계약을 실행하기 전에 가능한 한 빨리 해결되어야 합니다.귀하 또는 귀하의 회사가 리튬 이온 배터리가 주요 구성 요소인 거래에 참여하는 경우 원자재 조달 및 가격 문제와 관련된 협상 중에 초기에 해결해야 하는 심각한 공급망 장애물이 있습니다.원자재의 제한된 가용성과 리튬 광산 개발과 관련된 복잡성을 고려하여 기업은 리튬 및 기타 중요한 구성 요소를 얻기 위한 대체 방법을 찾아야 합니다.리튬 이온 배터리를 사용하는 기업은 공급망 문제를 피하기 위해 경제적으로 실행 가능하고 배터리의 생존 가능성과 재활용성을 극대화하는 기술을 평가하고 투자해야 합니다.또는 회사가 리튬에 대해 다년간 계약을 체결할 수도 있습니다.그러나 리튬 이온 배터리를 생산하기 위해 희토류 금속에 대한 의존도가 높다는 점을 고려할 때 기업은 금속의 조달과 지정학적 문제 등 채광 및 정제에 영향을 미칠 수 있는 기타 문제를 심각하게 고려해야 합니다.