초록 ▼

3. 개발결과 요약

최종목표
ㅇ (기술적) 안전·신뢰 기반 고성능(350~400Wh/kg) 이차전지 제품 확보
ㅇ (시장적) 글로벌 이차전지 매출액 100조 달성 (~`30년 )
ㅇ (산업적) 이차전지 기업의 글로벌 경쟁력 TOP 5 진입(7개, 제조 2개 및 소·부·장 기업 5개 포함)
ㅇ (인프라) 이차전지 기업간 협력체계 강화 및 제품화 개발지원을 위한 인프라 구축

개발내용 및 결과
[ 기술개발 사업 ]
1. 고성능 이차전지용 소재부품장비 일류제품화 기술개발 사업

3. 개발결과 요약

최종목표
ㅇ (기술적) 안전·신뢰 기반 고성능(350~400Wh/kg) 이차전지 제품 확보
ㅇ (시장적) 글로벌 이차전지 매출액 100조 달성 (~`30년 )
ㅇ (산업적) 이차전지 기업의 글로벌 경쟁력 TOP 5 진입(7개, 제조 2개 및 소·부·장 기업 5개 포함)
ㅇ (인프라) 이차전지 기업간 협력체계 강화 및 제품화 개발지원을 위한 인프라 구축

개발내용 및 결과
[ 기술개발 사업 ]
1. 고성능 이차전지용 소재부품장비 일류제품화 기술개발 사업
ㅇ (개념) 안전신뢰기반의 고성능 이차전지산업의 핵심역량 강화를 위하여 국내 이차전지 소재·부품·장비 기업의 기술경쟁력 제고를 위한 내역사업을 계획
- 고에너지밀도 구현을 위한 에너지저장 핵심소재(5), 전지의 안전도와 신뢰도를 향상시킬 수 있는 공정소재(4), 고생산성의 제조기술 및 장비(3), 그리고 사용 후 전지의 안전관리 및 처리와 관련된 소재부품장비(3) 등 총 15개의 전략 과제로 내역사업을 구성
ㅇ (연구개발 목표 및 주요내용)
2. 고성능 이차전지 제품화 기술 개발 사업
ㅇ (개념) Mobile IOT 기기, 전기차, ESS 등 전방산업의 수요 증가로 인한 시장 규모의 비약적인 증가에 효과적인 대응을 위해서는 수요산업의 요구사항을 반영한 300Wh/kg 이상의 고밀도, 장수명, 기능성 이차전지 제품화를 위한 내역사업을 계획
- 현재의 상용 전지기술을 확장하여 추가적인 고에너지 밀도 구현이 가능한 시장지배형 이차전지 제품(2)
- 전지의 안전성을 획기적으로 개선시킬 수 있는 고체전해질 기반의 시장창출형 이차전지 제품(2)
- 다양한 시장에 맞춤형으로 대응하기 위한 기능성(급속 출력, 저가/안전성, 유연성 등) 이차전지 제품(3) 등 총 7개의 전략과제로 내역사업을 구성
ㅇ (연구개발 목표 및 주요내용)
[ 인프라 구축 사업 ]
1. 중대형 이차전지용 상용 소재부품장비 테스트베드 구축사업
ㅇ (개념) 국내 이차전지 산업의 글로벌 산업경쟁력을 확보하고 지속해나가기 위한 중대형 이차전지 소재부품의 완전 국산화를 위한 시험·분석·평가 및 제조 공정기술을 개발하기 위한 사업
- 중대형 이차전지 소재·부품의 완전국산화를 위한 체계적인 시험·분석·평가 전체프로세스 기반 수립, 개발 및 검증
- 기존의 단편적인 시험·분석·평가 대신 국내 인증센터 (인프라구축)를 통하여 소재부품 개발에 필수적인 기술 확보 및 시험·분석·평가 프로세스 개발
ㅇ (세부 주요 내용)
2. 차세대 고성능 이차전지 연구인프라 구축사업
ㅇ (개념) 방사광가속기를 활용하여 소재연구 → 고도분석 → 소재 개발 → 셀 제조 → 검증·평가까지 One-stop 인프라를 조성하여 차세대 이차전지 소재 개발 및 셀 제조, 성능·신뢰성 및 안전성 평가가 가능한 특화된 연구환경을 구축
- 차세대 이차전지의 글로벌 기술 역량 확보를 위한 인프라 집적화 및 시장선점을 위해 기술적 한계극복과 상용화를 앞당길 수 있는 방사광가속기를 활용하여 핵심소재 개발 및 상용화 기반마련
ㅇ (세부 주요 내용)
3. PM용 제품 성능/안전신뢰 평가기반 구축 고도화 사업
ㅇ (개념) 기술개발 및 제품화 촉진을 위해 제조 및 시험평가 장비를 구축하고 이를 통해 퍼스널모빌리티에 사용되는 배터리관련 소재·부품·시스템에대한 전반적인 기술지원으로 차세대 모빌리티 산업을 국가 성장 동력으로 육성하기 위한 사업
ㅇ (세부 주요 내용)
4. 인력양성 사업
ㅇ (개념) 구축된 인프라를 기반으로 일원화된 지원을 위한 전문인력 양성
- 교육 대상자들에 따라 구분된 분야의 교육과정을 편성하여 맞춤형 교육 실시
- 이차전지의 전체 생태계와 미래의 기술을 포함하는 교육과정을 통하여 교육 대상자들의 이차전지에 대한 이해도 및 활용도 제고
ㅇ (사업내용) 인력양성의 분야는 크게 소재, 차세대 전지, 셀제조, 재이용으로 구분하여 진행
- (소재) 이차전지의 핵심 4대 소재에 대한 기초 이론과 이를 활용한 설계, 문제점 분석, 제어, 제조 등과 같은 실습과정으로 구성
- (차세대 전지) 차세대전지에 대한 원리, 기술, 재료 등과 같은 이론을 포함하여 설계, 제조 등의 실습과정으로 구성
- (셀제조) 셀에 대한 이해, 셀을 구성하는 부품의 제작과정, 셀 조립 과정에 대한 이론과 실습을 통해 조립된 셀의 상태 측정에 대한 실습과정으로 구성
- (재이용) 사용한 전지에 재사용·재활용에 대한 이론 및 전지 상태 측정과 전지 분류 대한 실습과정으로 구성

기술개발 배경
[이차전지산업의 중요성]
ㅇ 4차 산업혁명에 따른 에너지의 변화로 이차전지는 미래 유망 산업에 있어 단순 핵심부품이 아닌 초연결을 위한 파워코어로 부각함
- 단순 전자부품에서 4차 산업혁명 대응 및 에너지 분야의 핵심 주력산업으로 부상
- 초소형부터 중대형까지 전 산업 분야의 Cordless 파워 공급원으로서의 이차전지 위상 확대
ㅇ 이차전지 산업기술은 新정부 및 산업통상자원부의 정책방향과 4차 산업혁명 대응 및 미래형 에너지 新산업 육성을 위한 전략 계획에 부합
- 이차전지는 4차 산업혁명 전장화·초 연결화의 핵심동력
- 영역이 모바일 IT 기기를 넘어 전기차(EV), 퍼스널모빌리티, 로봇, 전기저장장치(ESS) 등으로 급속도로 확장
ㅇ 전기차용 이차전지의 공급을 넘어서는 수요는 새로운 블루오션 시장으로 부각
- 미·중 친환경차 보급확대, 유럽의 CO2 감축 등 이차전지 수혜 정책으로 `25년 시장은 `20년 대비 2배 이상 증가 전망
- 전 세계 전기차용 이차전지 수요-공급을 전망해볼 때, 코로나-19로 인한 세계 경기를 반영하더라도 `24년부터는 수요가 공급을 초과하는 사태가 발생될 것으로 예상
ㅇ 세계 이차전지 시장은 Mobile IoT용에서 EV, ESS 등 시장 확대로 인해 `30년 300조 원 이상 규모로 성장
- `30년 글로벌 리튬이온 이차전지 시장 수요량은 총 3,400.7GWh 까지 성장할 전망이며, 이는 `18년 기준 수요량 179.4GWh 대비 약19배 성장
ㅇ 이차전지산업은 후방산업의 기술개발을 토대로 전방산업의 신규시장 선점과 같은 연쇄 효과가 큰 산업
- 리튬이온 이차전지는 IT 산업의 에너지 고용량, 경량화, 소형화 수요에 부합을 시작으로 자동차의 전동화에 기여하는 소극적인 역할에서 벗어나사물인터넷, 인공지능 등 미래기술과 융합되어 혁신을 주도할 산업임
- 각형, 파우치형, 전동공구 원통형 개발을 통해 휴대폰, 노트북, 카메라, 산업 공구 등으로 널리 확산되었고 최근 전기자동차를 중심으로 자동차용 수요가 급증
- 특히, 한 중 일 3국이 시장을 주도하고 있는 전기차의 주동력원인 중대형 이차전지는 전후방(부품 소재 → 전지 → 디바이스) 산업의 고부가가치 창출에 기여 하는 수출 전략산업임
ㅇ 문재인 정부에 대한 정책 분석결과 향후 가장 큰 수혜가 예상되는 업종으로 이차전지산업을 지목함
- 신정부 정책 총 7개 분야의 공약내용 중 ‘4차 산업혁명 구현’ 분야와 ‘미래형 신산업 육성’ 분야에서 파생된 수십 개의 세부 정책 가운데 3개 이상의 복합적인 수혜를 받는 분야는 이차전지 산업이 유망함
[ 대내·외 환경변화 ]
ㅇ 한·중·일 기업들의 시장주도 및 시장선점을 위한 경쟁 심화와 기술력, 대규모 생산력을 갖춘 5∼7개 社*의 과점체제로 재편
* CATL, Panasonic, BYD, LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션
- `00년 초반 기술적 우위를 지닌 일본기업이 시장을 주도, 모바일 IT 시장이 급성장한 후반에 한국 기업 중심으로 경쟁의 축이 옮겨졌고, `10년 중반 이후 중국 전지 기업의 성장과 더불어 시장이 재편되고 있음
- 향후 최대 수요 시장으로 주목받는 전기차용 전지 시장의 경우에도 중국이 최대 수요 국가로 부상하고 있으며, 정부 주도의 전지 기업 육성까지 이루어지고 있는 상황
ㅇ 이차전지산업 관련 경쟁국들은 안전신뢰가 확보된 고성능 이차전지 확보를 위해 공격적인 수요산업 투자·지원 실시
- 중국의 수요기업 지원으로 CATL이 최대 전지 社로 부각하였고 유럽은 자동차 기업들이 이차전지 내재화를 통해 시장을 확대하고 있음
- 한국은중대형배터리분야에서세계최고수준의기술력을확보하고 있지만, 최근중국유럽에서격차를따라잡으려는움직임이활발
- 국내 이차전지산업은 국내 3사가 글로벌 경쟁력을 확보하였으나 소재·부품·장비분야는상대적으로미흡
- 이차전지 국내 제조기업(전지 3사)의 기술력은 약 1~2년 정도 앞선 수준이나, 소부장 기업의 기술력은 제조기업 대비 약 2~3년 정도 뒤쳐진 수준
- 4대 소재 시장은 `00년대 초반까지 일본 업체들이 기술력을 바탕으로 시장을 주도하였으나, 한국과 중국 업체들의 성장으로 이차전지 생산업체별 Supply Chain이 다양화되고 경쟁이 치열해짐
- 4대 소재가 국내에서 개발되었으나 해외 의존도가 높은 것은 생산능력의 측면에서 한계가 주요 요인으로 작용
ㅇ 중국 배터리 업계는 자국이 가진 세계 최대 규모의 전기차 시장을 바탕으로 한국을 무섭게 추격하고 있으며, EU와 미국도 xEV용 리튬 이차전지 투자를 추진하고 있어 향후 국내 기업에게 위협요인으로 작용
[ 이슈 및 한계 ]
ㅇ 최근 기존 이차전지가 시장에 등장한지 30여 년이 지나면서 기술적 한계(고출력, 고용량, 고안전성, 저가격 등) 도래 및 새로운 수요에 대응하기 위해 주요국들은고체전해질 기반의 이차전지를 개발하고 있음
- 전방 수요산업에서 300wh/kg 이상의 고밀도·장수명·기능성 이차전지를 요구하고 있으나 기술적 한계에 직면
- 전기차 기업들은 차량 시스템을 더욱 간소하게 구성하고, 안전성 문제로 제한을 두었던 전압, 전류, 온도 등의 사용 제한폭을 완화하기 위해서 단위 전지 셀 단위에서의 안전성 확보가 필요하다는 입장
ㅇ 주요 경쟁국들은 이차전지 한계성능 돌파구로서의 차세대 전지 개발을 위한 다양한 연구개발 등을 시도하고 있음
- (일본) 산·관·학계의 연구협력과 기술투자로 차세대 전고체전지 기술개발 및 상용화에 상당히 접근
* (RISING 프로젝트) `09년부터 방사광가속기를 활용한 분석기법의 혁신을 통해 차세대 전지(전고체전지) 개발을 진행
- (유럽) 독일 자동차의 부품업체인 콘티넨탈은 `17년 고체 배터리 투자계획을 발표, EU 컨소시엄을 구성해 전고체 기술을 개발하여 향후 연간 50만대의 자동차를 생산할 수 있는 배터리 공장을 건설할 계획
- (미국) GM은 고체 폴리머 전해질을 이용해 400Wh/kg 밀도의 프로토타입 배터리 개발, 아이오닉 머티리얼즈는 차세대 전 고체전지를 만드는 회사로 구멍이 뚫려도 안전하게 작동이 되는 전고체전지를 `18년에 발표
- (중국) CATL의 경우 `15년부터 중국대학교와 황화물계 전고체 전지를 개발하고 있으며, `20년에 상용화시키겠다고 밝혔지만, 아직 구체적인 투자와 기술에 대한 언급이 없음
ㅇ 최근 급속한 이차전지산업의 성장과 동시에 수요산업 전반에 걸쳐 안전이 중요한 이슈로 부각되고 있음
- 전 세계적으로 전기자동차, ESS 및 소형 이차전지 등 분야에서 크고 작은 폭발 및 화재사고가 빈번히 발생하고 있어 이차전지의 고안전성 확보가 중요한 경쟁력 요소로 대두됨
- 사용 후 이차전지의 재사용, 재활용 관련 기반 부족, 이차전지 안전사용을 위한 관리 기반 부족(진단시스템 등), 소형부터 중대형까지 이르기까지 빈번한 발화사고 발생
- 국내 전기자동차 화재사고는 총 5건(`16.1~`19.8), ESS 화재사고는 총 23건(`17.8~`19.5), 전동킥보드 화재사고는 총 17건 (`16.1~`19.9) 발생
ㅇ 이차전지 소재부품 업체 중 글로벌 5대 기업은 1개에 불과하며 파우치, 바인더 등 기타 공정 소재의 해외 의존도는 보다 심각함
- 이차전지의 높은 원재료비 비중(68%) 대비 소재, 부품, 장비 산업의 낮은 자립도
- 4대 소재, 기타 공정 소재, 제조 장비 분야의 세계 최고 기술 보유기업 부족
- 원가 구성의 주요 원료인 코발트, 니켈, 리튬 등 이차전지 원자재 전량을 해외에서 수입
ㅇ 동 사업 미추진 시 기술개발 추진 동력상실로 인한 기술성능 한계 극복 지연, 중국 추월 가시화, 소부장 대외의존도 심화, 국내 소·부·장 관련 중소·중견기업 시장경쟁력 약화 등으로 지속가능한 성장 불가 및 미래시장 주도권 상실 우려
- 안전신뢰가 확보된 고성능 이차전지 확보를 위해서는 대기업·중견·중소기업간 전략적인 협력을 통한 핵심 기술확보 및 지원체계 구축 필요

핵심개발 기술의 의의
ㅇ 상용 리튬이온전지보다 에너지밀도 및 안전성, 신뢰성이 획기적으로 개선된 고성능 이차전지 및 소재·부품·장비 제품 개발을 통해 이차전지 글로벌 시장의 기술적 우위를 유지
ㅇ 중대형 이차전지 제조기반 및 차세대 이차전지용 혁신소재 연구 및 분석기반 구축하고, 개발되는 고성능 이차전지용 소재·부품의 시험평가 및 전지 적용평가를 통해 고성능 이차전지 및 소재부품기술 개발을 지원

적용 분야
ㅇ 반도체, 디스플레이, 자동차, 전기·전자, 기계·금속, 기초화학 등 핵심산업분야와 이차전지 핵심소재 및 장비분야

(출처 : 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 20
• 제 1 장 서론 ... 23
• 제 1 절 과제의 개요 ... 23
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 (기술개발 내용 및 방법) ... 29
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 29
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 34
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 37
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 41
• 제 3 장 결과 ... 42
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 42
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 56
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 61
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 62
• 제 5 절 안전관리 이행 현황 ... 63
• 제 4 장 사업화 계획 ... 64
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 64
• 제 2 절 사업화 계획 ... 89
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 90
• 끝페이지 ... 96