초록 ▼

핵심기술
전고상전지, 금속-공기전지, Li-S전지, 다가이온전지, Na-이온전지, Na-base전지, 레독스플로우전지, Advanced capacitor의 핵심소재, 셀 및 모듈화, 공정기술

최종목표
차세대 이차전지의 기술분석 및 사업화를 위한 전략 수립
- 리튬이온배터리의 문제점을 해결하고 대체가 가능한 차세대 이차전지의 사업화 전략 제시

개발내용 및 결과
1. 기술, 시장 및 산업동향 분석
○ 전고상전지, 금속-공기전지, Li-S전지, 다가이온전지, Na이온전지, NaS전지 및

핵심기술
전고상전지, 금속-공기전지, Li-S전지, 다가이온전지, Na-이온전지, Na-base전지, 레독스플로우전지, Advanced capacitor의 핵심소재, 셀 및 모듈화, 공정기술

최종목표
차세대 이차전지의 기술분석 및 사업화를 위한 전략 수립
- 리튬이온배터리의 문제점을 해결하고 대체가 가능한 차세대 이차전지의 사업화 전략 제시

개발내용 및 결과
1. 기술, 시장 및 산업동향 분석
○ 전고상전지, 금속-공기전지, Li-S전지, 다가이온전지, Na이온전지, NaS전지 및 Na-metal chloride전지, 레독스플로우전지, Advanced capacitor등에 대한 국내·외 기술동향, 산업동향, 시장 동향 분석
- 미국, 일본, 중국, 유럽 및 국내의 기업, 연구소, 대학에서으 연구 및 기술개발, 시제품 제작, 실증, 생산
- 국외 선진학회 발표자료 data 수집 및 분석, 연구개발기관 방문 및 관련전문가 설문조사
- 차세대이차전지 각 전지별 현재 현황 및 향후 기술 trend 분석 보고서
- 전문가 설문조사, 각종학회 발표, 전문가 토론회 분석보고서

2. 차세대이차전지에 대한 선진각국의 지재권과 발표논문을 중심으로 한
기술자료 수집 및 분석, 획득 전략
○ 차세대이차전지별 특허 조사분석
○ 특허확보 전략
- 특허분석 및 특허확보 전략 보고서

3. 차세대이차전지에 대한 선진 각국, 중국의 사업화 및 정책분석
○ 선진국(미국, 일본, 유럽등), 중국, 한국 등 차세대이차전지사업화 전략 및 정책, 예산투자 현황(추진 사례 포함) 분석
○ 차세대이차전지 관련 선진국의 사업화 분석

4. 국내 차세대 이차전지의 문제점과 나아가야할 방향 및 전략제시
○ 리튬계 이차전지의 현재 및 미래 전략 파악
○ 차세대 이차전지 문제점 파악, 핵심기반 확보 필요 기술에 대한 핵심 기술 RFP 및 로드맵 작성(~ 2030)
○ 차세대이차전지 사업화, 정책의 시사점 및 정책제안
- 차세대이차전지 사업화전략 연구보고서

< 전고상 전지 >
○ 전고상 전지란 리튬이온전지의 액체전해질을 고체전해질(Solid Electrolyte)로 대체한 전지로써 전지구성이 모두 고체 상태로 이루어진 전지시스템임.
○ 전고상 전지의 핵심소재는 고체전해질이며, 핵심기술은 고이온전도도 저가 전해질개발, 계면저항 감소임.
○ 장점으로 우수한 안전성, 향상된 장기내구성, 단순 구조 및 확장 용이, 고에너지밀도이며 단점은 낮은 이온전도도, 높은 접촉 계면저항, 후막화 및 대면적화가 어려운 것임.
○ 응용
- 박막형 전고상 전지 : IC 카드, IC Tag, 무선 센서 웨이퍼, 능동형 RFID 태그, 온보드파워, 스마트 카드의 전원, 에너지 하베스팅 전원
- Bulk형 전고상 전지 : 대용량 전지, 자동차 및 수송기기, ESS
○ 시장전망
- 박막형 전고상 전지
· 2015년 6억불, 2018년 15억불 규모 예측. 센서관련 시장은 응용분야 중 50% 이상을 차지.
- Bulk형 전고상 전지
· 개발이 완료되는 2020-2025년에 전기자동차와 ESS 등으로 수요가 창출될 것임.
○ 개발동향
- 일본의 도요타 자동차(2017년 장착예정), 히타치 조선(2020년 양산 개시), MIESC, 오하라, 오사카부립대가 연구
- 미국은 Plannar Energy가 연구. 현수준은 400Wh/kg임
- 국내는 현대자동차, LG화학, ETRI, 생기연, KICET, 한양대 등에서 연구. 고분자 전해질 기반의 리튬폴리머전지에 집중. 반면, 고체전해질 분야는 국내 연구기반이 거의 전무한 실정 선진국대비 상대적으로 취약함.
○ 특허동향
- 출원이 매년 증가하고 있으며, 2006년 이후에는 일본이 60% 이상 점유하고 있고, 산화물계 재료가 가장 많이 출원.
- 다양한 전해질 소재로 인해 특허 회피가 가능
○ 상용화 시기는 2025-2030년으로 예상되며 국내 기술은 선진국 대비 70-80% 수준임.

< 금속-공기 전지 >
○ 금속-공기 전지란 음극(–) 에서의 금속 산화/환원 반응, 양극(+)에서의 산소 환원/산화 반응에 의해 작동하는 전지로서 이차전지와 연료전지 기술이 복합된 시스템임.
○ 금속-공기 전지는 양극 활물질로 공기 중의 산소(탄소촉매), 음극으로 금속(Li, Zn, Al, Fe)을 유기전해액, 수용성전해액 및 고체전해질, 유기계·수계 전해액을 사용.
○ 장점은 고에너지밀도이면서 저비용이나, 단점은 양극의 낮은 촉매 활성, 음극의 dendrite 형성, 전해질 및 분리막의 CO₂오염임.
○ 응용은 Li-공기 전지의 경우 전기자동차, 휴대기기이며, Zn-공기 전지의 경우 전륜이륜차, EV, 노트북, 휴대폰 및 백업전원(이차전지), 보청기, 집음기(일차전지)였음.

○ 시장전망
- Li-공기 전지
· 개발이 완료되면 기존 시장을 점유하고 있던 LIB를 대체할 가능성이 큼. 2025년 이후 Li-공기 전지의 시장이 형성되기 시작하면, 전지 시장의 약 30%이상의 점유율을 가질 것으로 예상
- Zn-공기 전지
· Zn-공기 일차전지는 보청기용으로 상업화 되어 판매중임. 2025년에는 3,670억원으로 성장할 것으로 전망됨.(이차전지 670억원 포함)
· 보청기용 전원으로 세계 시장 점유율은 독일계 VARTA Microbattery GmbH와 미국계 Rayovac Micropower Batteries가 세계시장의 80% 이상을 점유하고 있음.

○ 개발동향
- 일본
· 도요타 자동차 : 도쿄 교토대학과 공동연구, BMW와 협력 2008년부터 연구, 반응기구 규명 400~800km, 2025년실용화
· AIST : Mn₃O₄를 담지 다공성 탄소/LISICON Glass/ 수용성전해액 (양), /유기전해액(음) 구조, CNT 및 이온액체 혼합겔 사용, 1000mAh/kg
- 미국
· IBM : 2020년 까지 상용화, 800km주행, 5년내 LiB 10배 에너지밀도 향상, LiO₂등에 의해 양극이 용해, 개방형구조로 열화, 유기전해액이 불안정
- 국내
· 현대자동차 : 기초연구단계에 있으며 현재 A4 사이즈의 셀을 만들어서 모터에 장착구동 정도에 적용. 대면적화가 어렵고 수명이 짧음.
○ 특허동향
- 일본은 Li-공기 전지에 대한 출원이 많았고, 미국과 한국은 Zn-공기전지 출원이 많았으며, 중국은 Zn-공기와 Li-공기 전지의 출원 비율이 비슷함.
- 출원은 미국, 유럽, 중국 순이었으며, Li-공기 전지는 전해질에 대한 출원이 많았고, Zn-공기 전지는 용기 또는 외장에 대한 출원이 많았음.
○ 상용화 시기는 2030년 이후로 예상되며 국내 기술은 선진국 대비 70-80% 수준임.

< Li-S전지 >
○ Li-S전지는 Li metal 음극과 유황-카본 양극 사이에서 리튬이온 교환에 의해서 충방전을 하는 전지로서 제조공정이 LIB와 70% 이상 유사하나, 이론 용량이 기존 전지에 비해 10배 이상 큼.
- 고체 유황입자가 직접 전자를 받아 방전반응이 시작되고 유황(S8)이 방전되면서 생성되는 고체 Li₂S 입자가 직접 전자를 받아 충전반응이 고체/고체 계면과 고체/액체 계면에서 진행됨.
○ 반응은 2Li + S → Li₂S, ΔG = -439.084kJ/mol이고, OCV는 2.23V이고, Theoretical capacity는 1675 mAh/g-sulfur임.
○ EV목표에 가장 근접한 높은 에너지를 가져, EV에 적용하기가 적합함.
○ 액체 누설이나 발화가 없으나 제조공정이 복잡하고 까다로움.
- 전기차 10만대 생산시 원재료비는 약 $65/㎾h 수준으로 LIB 대비 1/2 이하 발표. (2012, 미국 LBNL)
○ S 양극이 유기전해액에 녹아버리기 때문에 방전과 충전 사이클을 반복하면 축전성능이 현저하게 감소. 그래서 현재 Li-S전지의 실용화가 어려움.

- 유기전해액을 대신할 수 있는 고체전해질을 연구.
○ Li-S의 이슈를 해결하기 위해 많은 연구들이 진행, 2014년에는 300편에 가깝게 논문 발표.
○ Li-S의 상용화 시기는 2020~2025년, 현재 국내의 기술은 최고선진국 대비 80~90% 수준.
○ 정부가 지원해주어야 할 부분은 어느 분야는 Non R&D 부분은 인프라 구축(인력, 장비, 평가).
○ 특허는 일본, 미국, 유럽, 중국, 한국 캐나다순으로 출원, 2002년부터 2007년까지 감소하다가 2008년 이후 다시 증가 추세임.
- 양극 내구성·보존성 또는 에너지밀도 향상, 전지성능을 향상등의 것이 출원됨.

< Na 이온전지 >
○ 전지의 기본원리는 리튬이차전지와 동일함.
○ 전해액 종류에 따라 출력과 사용전극이 다름. 유기용매 경우는 도교이과대학이, 용융염 경우는 스미토모전기공업과 쿄토대학이 최초 개발함.
- 용융염과 유기용매의 셀 출력 600Wh/L cycle 1000회, 50화 크기 LiB의 1/2, 가격 2만엔/kWh 당 실현가능.
○ 전기자동차와 ESS 시장의 확대로 저가 Na를 이용한 전지 개발이 필요함.
○ 수요는 2015년 일본 미쓰비시상사 예측으로 : 2016년부터 연간 10만톤 규모의 수요 증가 발생
- LiB와 Na이온을 비교하면 에너지밀도 면에서 불리하나 출력이 높음

HEV 및 단주기용 ESS에 적합함.
○ 대형 시스템에 적용 가능한 Na이온전지는 동작온도를 80℃정도로 저온화하면 실용화가 가능.
○ 국내 개발 수준은 해외대비 50%수준으로 prototype 전지의 개발 단계.
○ ESS나 전기자동차에 응용
○ 시장전망
- 용융염을 이용한 Na이온전지
․ 36kWh를 전력 계통 운전 시험(스미토모전기공업, 오사카제작소 내)
기술적인 과제는 아직 있지만 상품화는 이미 가능. 한편 마케팅과 관리 체제, 생산 설비 투자 등을 포함한 사업 판단에는 시간이 필요함.
- 유기용매를 이용한 Na이온전지
․ 요소 기술을 확인하고 있어 전지나 부품 메이커의 참가는 아직 없음.
․ 전기 자동차에 이용하는 것으로 상정되고 있지만 에너지밀도가 LlB보다 약간 낮은 점이 현재 전기자동차용 전지개발 현황과 맞지 않음.
․ 용융염을 이용한 Na이온전지보다 상품화는 늦어질 것으로 보임.
○ 특허는 기초개발단계이고 2009년 이후로 출원량이 증가한 상태
- 에너지밀도 및 전지성능 향상, 내구성·보존성에 대한 출원이 많음.
- 양/음극 소재가 아직 확정되지 않아 특허회피가능.
○ 상용화시기는 2020~2025년 이며 상용화하기 위해서 소재, 핵심기술, 성능, 가격 등의 개선이 필요.
○ 정부 지원은 원천 기술개발 및 인프라(인력, 장비, 평가) 지원이 필요함.

< 다가이온전지 >
○ 다가이온전지는 이온 가수가 2가 이상의 금속 중 Mg (2 가), Ca (2가), Al (3 가) 등을 음극으로 하며, 하나의 이온이 이동할 때 2이상의 전자가 이동하는 전지임. 이론 용량은 2.200 mAh/g로서 유사함.
○ 다가이온 자원은 매장량이 풍부하며 해수로부터 조달 경제성에서 우위.
○ 이론 용량밀도가 높고 용량의 감소 없이 수천 번의 재충전도 가능. 산화환원 전위가 비교적 낮음.
○ 다가이온은 융점이 650 ℃이므로 융점이 180 ℃인 리튬에 비해 가연성 및 안전성이 높음.
○ 전기자동차, 휴대기기, ESS에 사용가능
○ 현재는 아이디어나 실험실 수준 단계로 LIB 대체로 개발하고 있으나 전지 자체의 개발에는 이르지 못하고, 전극재료등 주요 재료의 탐색을 하고 있음. 사업화를 목표로 개발하는 기관이 적음.
○ 국외로 일본의 SAITEC, 시즈오카대학, 교토대학, AIST, 소니에 의해 연구 개발이 이루어지고 있음.
○ 현재성능은 10 cycle 이상 정도 수준
- 에너지밀도 390Wh/kg(d양극 V₂O₅, 음극 Mg 이용)
○ 국내는 실험실 단계로서 산-학-연 공동의 소재원천기술을 확보 중임.
○ LG화학, 전자부품연구원이 과제를 수행한바 있음.
○ 다가이온전지의 상용화 시기는 2030년 이후 , 상용화시기의 예상 에너지밀도(Wh/kg)는 500 이하 (Wh/kg),
○ 정부가 지원해주어야 할 부분은 원천기술 개발이었음.
○ 다가이온전지에 관한 특허로는 1998년부터 2014년까지 총 352건이 출원됨. 전해질이 37%로 가장 많고, 양극, 음극, 전지 구조 및 시스템 순으로 출원되고 있음, 또한 특허 회피는 소재 종류가 많아 가능할 것으로 보임.

< Na 이온전지 >
○ 전지의 기본원리는 리튬이차전지와 동일함.
○ 전해액 종류에 따라 출력과 사용전극이 다름. 유기용매 경우는 도교이과대학이, 용융염 경우는 스미토모전기공업과 쿄토대학이 최초 개발함.
- 용융염과 유기용매의 셀 출력 600Wh/L cycle 1000회, 50화 크기 LiB의 1/2, 가격 2만엔/kWh 당 실현가능.
○ 전기자동차와 ESS 시장의 확대로 저가 Na를 이용한 전지 개발이 필요함.
○ 수요는 2015년 일본 미쓰비시상사 예측으로 : 2016년부터 연간 10만톤 규모의 수요 증가 발생
- LiB와 Na이온을 비교하면 에너지밀도 면에서 불리하나 출력이 높음 HEV 및 단주기용 ESS에 적합함.
○ 대형 시스템에 적용 가능한 Na이온전지는 동작온도를 80℃정도로 저온화하면 실용화가 가능.
○ 국내 개발 수준은 해외대비 50%수준으로 prototype 전지의 개발 단계.
○ ESS나 전기자동차에 응용
○ 시장전망
- 용융염을 이용한 Na이온전지
․ 36kWh를 전력 계통 운전 시험(스미토모전기공업, 오사카제작소 내) 기술적인 과제는 아직 있지만 상품화는 이미 가능. 한편 마케팅과 관리 체제, 생산 설비 투자 등을 포함한 사업 판단에는 시간이 필요함.
- 유기용매를 이용한 Na이온전지
․ 요소 기술을 확인하고 있어 전지나 부품 메이커의 참가는 아직 없음.
․ 전기 자동차에 이용하는 것으로 상정되고 있지만 에너지밀도가 LlB보다 약간 낮은 점이 현재 전기자동차용 전지개발 현황과 맞지 않음.
․ 용융염을 이용한 Na이온전지보다 상품화는 늦어질 것으로 보임.
○ 특허는 기초개발단계이고 2009년 이후로 출원량이 증가한 상태
- 에너지밀도 및 전지성능 향상, 내구성·보존성에 대한 출원이 많음.
- 양/음극 소재가 아직 확정되지 않아 특허회피가능.
○ 상용화시기는 2020~2025년 이며 상용화하기 위해서 소재, 핵심기술, 성능, 가격 등의 개선이 필요.
○ 정부 지원은 원천 기술개발 및 인프라(인력, 장비, 평가) 지원이 필요함.

< NaS 및 Na metal chloride전지 >
○ NaS전지는 음극에 Na, 양극에 S, 전해질로 β″-alumina을 사용, 방전시 Na가 β″-alumina 통해 양극으로 이동해 S 및 전자와 반응하여 Na₂S₃로, 전위차가 발생, 충전시는 Na₂S₃ 가 Na이온, S, 전자로 나뉘어 Na이온은 음극으로 이동하여 전자를 받아 Na로 돌아가는 충방전 시스템임.
○ Na metal cloride 전지는 NaS 전지와 기술 플랫폼이 유사함 Na base 전지는 NaMCl₂ (M=Ni,Fe,Zn.)를 양극으로 사용.
○ NaS 전지는 약 300~350℃의 온도를 유지하여야 작동. 초기운전 시에는 전기히터로 승온, 충방전 시에는 전지 자체 발열.
○ 현재의 성능은 에너지 밀도(모듈기반) 99~120Wh/kg, 152~191Wh/L, Cycle 10~ 15년, 비용 87¥/Wh 전력저장용량이 지금까지 실용화된 이차전지 중 가장 큼.
○ Na-metal chloride전지는 NaS 전지 운영상의 위험성을 개선, 대용량 에너지 저장에 적합한 장점을 유지, 공통점은 나트륨 이온의 이동을 통해 전자가 발생하는 구조임.
○ NaS 전지는 빠른 충·방전 응답특성, 경제성, 안정성 등이 좋고 장소 제약이 없는 전력 저장장치임.
○ 유황의 전도성이 낮아 충방전 시 전자의 이동이 어려우므로 고온작동이 필요하고 가공도 필요.
○ NaS전지는 전력 저장 시스템, 태양과 또는 풍력등 스마트 그리드에 응용, Na metal Chloride전지 무선기지국 ESS시스템 스마트그리드에 응용.
○ 시장 규모는 전력저장 분야의 중대형 전지(1000kW이상)중에서 NaS전지 수요가 2014년에는 31억엔, 2020년에는 458억엔, 2025년 369억엔(낙관적569억엔)으로 크게 성장할 전망임. 이차전지중에 차지하는 비율도 2014년 1.1%에서 2020년 7.4%로 급격히 증가하다가 2025년 5.3%를 유지하는 것으로 나타남. 감소이유는 레독스플로전지의 등장일 것으로 판단됨.
○ NaS전지는 전세계적으로 실증 및 상용화 단계에 있으며 일본의 경우 1997년부터 상용화를 진행 1차래의 발화 사고 후 성능개선 뒤 추가적인 실증 단계임.
○ Na metal chloride전지는 2010년 이후 유럽과 미국에서 실증 및 상용화를 진행 중.
○ 국내의 연구개발의 기술수준은 해외의 70~80%가량, 기업의 사업화 의지가 없어서 개발 단계에서 중도포기 사업화 진행이 되지 않음. 상업화를 위하여 정부의 실용화 및 실증 보급 지원등이 우선시 필요함.
- 국내 개발의 경우 세라믹 고체전해질을 개발 시제품을 제작함.
○ 특허의 경우 일본의 출원이 71%로 가장 많고 미국, 유럽, 한국 순으로 출원되었으나 한국은 출원자체가 미미함, 일본의 출원 추세는 2000년대에 들어서 는 서서히 줄어들고 있음. 미국, 유럽 및 일본은 성숙기에서 퇴조기 단계에 있고, 한국은 발전기와 성숙 단계에 있음.

< 레독스플로우전지 >
○ 레독스플로우전지는 전해액의 가수(價數)가 변화하는 금속 이온을 가진 수용성 전해액을 탱크에 저장하고 그 전해액을 펌프로 셀이라고 불리는 부분에 송액하여 충전/방전하는 전지임.
○ 전해액으로는 Vanadium, Zinc Bromide, Polysulphide Bromide 가 있으며 Vanadium계(VRFB)는 Zinc Bromide계(ZRFB)보다 Energy와 Power density는 작으나 capacity나 power는 크고, cycle 수명이 김. 가격은 kWh당은 ZRFB가 싸나 kW당은 VRFB가 저렴.
○ 장수명이나 냉각장치와 유지보수 필요, 1000kW 이상 대형화에 적합하고 소형화는 어려움.
○ UPS나 ESS 응용
○ 시장규모 전망
- 세계시장은 2014년에 생산수량으로 150MWh(115억￥)였고, 중국이 80%를 차지함.
- 2019년에 세계시장은 1200MWh(813억￥)로 연 48%로 성장할 것으로 예측됨.
- 생산수량 규모는 중국이 67%, 북미·남미와 일본이 12.5%, 국내는 5.4% 정도가 될 것으로 예측됨.
- 전년도 대비 시장규모 증가율을 보면 중국이 2013년 44MWh에서 2014년 272.7% 증가, 북미·남미 375% 증가, 2019년에는 2018년 대비 중국이 163.3%로 가장 크게 성장할 것으로 예측됨.
- 국내는 전년도 대비 연도별 130% 수준으로 성장할 것으로 전망됨.
○ 국내의 경우 수요는 2019년에 선진국 대비 5.4%로 미미하고, kWh당 가격은 20% 이하로 kW당 가격은 30% 이하로 낮추어야만 됨. 이는 대량생산만이 가능한 가격으로 기업의 많은 투자가 요구되는 부분임.
또한 2019년까지는 시장점유율이 5.4%로 선진국과의 경쟁이 어려울 것으로 보여짐.
○ 레독스플로우전지 기술수준은 선진국 대비 평균 60%의 수준으로 독자적인 스택 기술, 모듈설계 기술, 제조･생산기술 등의 개발이 필요함.
○ OCI, 현대중공업, 롯데케미칼 등 대기업과 누리플랜, 에너지와공조, H₂ 등 중소･중견기업이 존재.
○ 롯데케미칼에서 10MWh/년 규모의 pilot line을 보유. 생산을 위한 인프라 확충 및 민간부분의 투자가 요구됨.
○ 선진국에 비해 낮아 주요 핵심소재 및 부품을 해외에서 수입. 제품의 가격경쟁력 부분이 선진국에 비해 부족. 원천기술의 기술개발과 중소･중견 소재부품 기업 육성이 필요.
○ 특허는 일본이 원천기술을 다량확보 가장 많으며 기술발전도를 살펴보면, 일본은 성숙기로 접어들었다가 퇴조기로 접어드는 양상이며, 그 외 미국과 유럽 및 한국은 발전기에 있음.
○ 상용화시기는 2020~2025년이고 국내수준은 선진국 대비 70~80%임.
○ 상용화를 위해서는 소재, 스택기술의 개발이 우선적으로 필요하고, 가격은 현재 가격의 20% 이하로 낮추어야 함. 기업투자가 선행 요구됨.
또한 정부가 지원해야할 부분은 실증 및 보급임.

< Supercapacitor >
○ 슈퍼캐패시터(Supercapacitor)는 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용. 2장의 전극판을 대향시킨 구조에 직류전압을 걸면, 각 전극에 전하가 축적되는 전지임.
○ 리튬이온캐패시터는 전기이중층캐패시터와 리튬이온이차전지를 hybrid한 캐패시터로서 EDLC와 비교해 에너지밀도와 에너지출력이 매우 높고 급속 충·방전이 가능함.
○ "리튬이온이차전지(이하 LIB)의 음극"과 "EDLC의 양극"을 조합한 구조로 음극의 프리도핑에 의해서 음극의 정전 용량이 증대되고, 양극의 내전압이 작동전압이 되기 때문에 고전압화가 가능함.
○ LIC는 에너지밀도가 10~30Wh/L이고, 작동전압이 4V여서 초단위로 충전이 되며, 보수가 필요 없고, 단락이 없어 안전함. 또한 가격에서 고에너지분야에서 저가임.
○ 용도로는 스마트폰, 의료기구, 대형UPS, 소형, 대형 풍력발전연계, 소형 자동차의 idling stop 대형버스, 트럭에 응용됨. 대용량형은 중국의 에너지기기, 하이브리드버스 등으로 실적을 확대하며 유럽에서는 PSA에서 아이들링 스톱 용도에 100만대 규모의 차량용 전기 용량을 전개.
○ 수요는 2015년에 세계 전체 시장은 8400억¥이었음. 연평균 11.3% 성장하여 2020년에는 12,518억¥으로 예상됨. 에너지분야는 2020년에 3백만 cell, 2025년 5백만 cell로 증가.
- 그중에서 중대형전지의 시장이 가장 크게 성장할 것으로 보임.
○ 슈퍼캐패시터 제조사는 국·내외 약 30여개가 있음. Maxwell Technolo-gies사(미), 마쓰다에 이어 혼다자동차, Nippon chemi-con, Panasonic임.
- 국내는 Nesscap, Korchip, VINA Technology, Samsin Device, LS Mtron, 및 Smart Thinker 등이 생산하고 있으나 LIC는 생산이 없음.
○ 4대 핵심소재중 활성탄은 대부분을, 분리막은 전량 수입하여 사용하고 있으며 전해액과 집전체는 대부분 국내에서 공급함. 소재가격중 높은 것은 수입사용. 따라서 국산화율이 50%수준임.
○ 상용화 시기는 2020년 이후이고, 양산하기 위해서는 소재기술이 가장 시급히 확보되어야 하며, 가격도 완성되어야 함. 국내기술수준은 70~80% 수준이며, 정부가 지원해야할 부분은 원천기술 확보에 있음.
○ 특허 확보는 소재와 공정분야로서 확보 가능함.

기술개발 배경
○ 현재 LiB의 문제점인 잦은 폭발사고, 낮은 에너지밀도, 높은 가격을 해결하거나 대체할 수 있는 차세대이차전지에 대한 현재기술 선진국과 중국, 그리고 국내 기술수준 및 산업동향, 특허동향, 사업화 정도를 분석하고 이를 바탕으로 국내 사업화 전략 마련이 시급히 필요.
- 향후 10년후에나 상용화가 가능한 차세대이차전지도 원천소재, 셀 및 모듈화공정 기술이 크게 제품의 특성을 좌우함.
- 따라서 기술개발 목표, 투자규모 및 인프라 등의 명확한 로드맵 수립 및 정부의 계속적인 지원 분야와 정책분야를 제시 필요.

핵심개발 기술의 의의
차세대이차전지 관련 국내·외 기술, 시장 및 산업동향 분석, 지재권을 중심으로 한 기술획득 전략 제시, 사업화 및 정책을 분석하고 로드맵과 전략을 제시함

적용 분야
전고상전지, 금속-공기전지, Li-S전지, 다가이온온전지, Na이온전지, NaS전지 및 Na metal chloride전지, 레독스플로우전지,Advanced capacitor등

(출처 : 최종보고서 초록 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 18
• 목차 ... 21
• 제 1 장 서론 ... 26
• 제 1 절 차세대이차전지 사업화 기획 필요성 ... 26
• 제 2 절 차세대이차전지 사업화 전략과제의 목표 및 수행내용 ... 29
• 1. 최종목표 ... 29
• 2 수행내용 ... 29
• 제 3 절 차세대이차전지 연구 추진 방법, 전략 및 체계 ... 29
• 1. 추진방법 ... 29
• 2. 추진전략 및 체계 ... 32
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 34
• 제 1 절 기술, 시장 및 산업동향 분석 ... 34
• 제 2 절 전고상 전지 ... 39
• 1. 개요 ... 39
• 2. 특성 및 장단점 ... 40
• 3. 응용 ... 41
• 4. 수요전망 ... 41
• 5. 국내·외 기술개발 동향 ... 41
• 6. 전고상전지 이슈 ... 44
• 제 2 절 Metal-공기 전지 ... 44
• 1. Metal-공기 전지 원리 ... 44
• 2. 특성 및 장단점 ... 45
• 3. 응용 ... 45
• 4. 국내·외 기술개발 동향 ... 45
• 5. 개발이슈 ... 50
• 6. 수요전망 ... 50
• 7. 실용화시기 및 시장전망 ... 50
• 제 3 절 Li-S전지 ... 50
• 1. Li-S전지 개요 ... 50
• 2. Li-S전지의 특성 및 장·단점 ... 51
• 3. 응용 ... 51
• 4. 국내·외 기술개발 동향 ... 52
• 5. 기술이슈 ... 54
• 6. 개발시제품 ... 54
• 7. 상용화시기 ... 55
• 제 5 절 Na-이온전지 ... 55
• 1. 개요 ... 55
• 2. Na-이온전지의 특성 및 장단점 ... 55
• 3. 응용 ... 56
• 4. 국내·외 개발 동향 ... 57
• 5. 기술이슈 ... 57
• 6. 시제품 ... 57
• 7. 상용화 ... 58
• 제 6 절 NaS 및 Na metal chloride 전지 ... 59
• 1. NaS 및 Na metal chloride 전지개요 ... 59
• 2. NaS 및 Na metal chloride 전지 장단점 ... 60
• 3. 응용 ... 61
• 4. 수요전망 ... 62
• 5. 국내·외 개발 실증 동향 ... 63
• 6. NaS 및 Na Metal Chloride 전지 실증현황 ... 67
• 제 7 절 다가이온전지 ... 68
• 1. 개요 ... 68
• 2. 다가이온전지의 특성 및 장·단점 ... 69
• 3. 다가이온전지의 응용 ... 69
• 4. 국내·외 기술개발 동향 ... 70
• 제 8 절 레독스플로 전지 ... 71
• 1. 레독스플로우전지 개요 ... 71
• 2. 레독스플로우전지 종류 및 기술트리 ... 72
• 3. 특성 ... 73
• 4. 응용 ... 73
• 5. 국내·외 기술개발, 실증 동향 ... 73
• 제 9 절 Supercapacitor ... 80
• 1. 슈퍼캐패시터의 개요 ... 80
• 2. 슈퍼캐패시터의 특성 ... 81
• 3. 슈퍼캐패시터 장·단점 ... 82
• 4. 슈퍼캐패시터의 용도 ... 82
• 5. 슈퍼캐패시터의 국내·외 기술개발 동향 ... 84
• 제 10 절 국내·외 산업 및 시장동향 분석 ... 87
• 1. 차세대이차전지의 국내외 산업동향 ... 87
• 2. 차세대이차전지 국내·외 시장 추이 및 전망 ... 119
• 3. 대형용도 분야별 시스템 전력용량과 입출력 용량 Map ... 130
• 4. 각 어플리케이션의 특징 ... 132
• 제 3 장 논문, 핵심전문가 W/S 발표를 통한 기술분석 ... 134
• 제 1 절 차세대이차전지 연도별 학술발표 논문수 추이 ... 134
• 제 3 절 핵심전문가 워크샵을 통한 기술분석 ... 137
• 1. 차세대이차전지별 기술, 산업동향 발표 workshop ... 137
• 2. 워크샵 및 전문가 초청세미나 ... 149
• 3. 공업화학회 특별세션으로 차세대이차전지 관련 전문가 초청세미나 ... 151
• 4. 대외 발표 ... 156
• 5. 전문가 종사 기관 방문을 통한 사업화 분석(국내·외) ... 159
• 6. Battery Japan-2016 기조 강연 및 전문기술 세미나 분석 ... 165
• 7. 국외 컨퍼런스를 통한 사업화 분석 ... 168
• 제 4 장 지재권을 중심으로 한 기술획득 전략(특허출원이슈 및 미래 기술 동향 분석) ... 173
• 제 1 절 주요 시장국 연도별 특허동향 ... 173
• 제 2 절 주요경쟁자 현황 ... 175
• 제 3 절 분석기술 분야 추출 ... 176
• 1. 전고상 전지 ... 176
• 2. 금속-공기 전지 ... 176
• 3. Li-S 전지 ... 177
• 4. Na-이온 전지 ... 177
• 5. NaS 전지 ... 177
• 6. Mg-이온 전지(다가이온전지) ... 178
• 7. 레독스플로우전지 ... 178
• 8. Advanced 슈퍼캐패시터 ... 178
• 제 4 절 시장진입 및 전략 ... 179
• 제 5 절 기술 및 사업타당성 평가 ... 181
• 1. 전고상 전지 ... 182
• 2. 금속-공기 전지 ... 183
• 3. Li-S 전지 ... 184
• 4. Na-이온 전지 ... 185
• 5. 다가이온(Mg-이온) 전지 ... 186
• 6. NaS 전지 ... 187
• 7. 레독스플로우전지 ... 188
• 8. 슈퍼커패시터 ... 189
• 제 6 절 SWOT 분석 ... 192
• 1. 전고상전지 ... 192
• 2. 금속-공기전지의 SWOT 분석 ... 193
• 3. Li-S 전지의 SWOT 분석 ... 193
• 4. 다가이온전지의 SWOT 분석 ... 194
• 5. Na이온전지의 SWOT 분석 ... 194
• 6. NaS 및 Na metal chloride전지의 SWOT ... 195
• 7. 레독스플로우전지 SWOT 분석 ... 195
• 8. 슈퍼캐패시터 SWOT 분석 ... 196
• 제 5 장 사업화 및 정책분석 ... 197
• 제 1 절 차세대 이차전지 상용화시기 및 용도 ... 197
• 1. 설문조사를 통한 사업화 전략 ... 197
• 제 2 절 차세대이차전지 정책 및 분석(국외(미국, 일본, 중국, 유럽), 한국) ... 206
• 1. 국가별 정책 ... 206
• 제 6 장 로드맵 작성 및 전략제시 ... 224
• 제 1 절 로드맵 작성 ... 224
• 1. 차세대 이차전지 개발 로드맵 ... 225
• 제 2 절 기술이슈 및 RFP ... 233
• 1. 기술이슈 ... 233
• 2. 해결과제 및 수단 ... 234
• 3. 개발방향 ... 235
• 제 7 장 결론 ... 247
• Reference ... 248
• 끝페이지 ... 250