1. 산업 개요 ● (이차전지 특징) 이차전지 산업은 전기차, 소형 IT기기, 에너지저장장치(ESS)* 등 전방산업 발전에 큰 영향을 미치는데, 이차전지 생산원가 중 소재·부품의 비중이 70%를 차지해 양극재·음극재·분리막·전해액 등 소재 경쟁력 확보 중요 * 전기에너지를 저장하고 필요시 사용할 수 있는 장치로 신재생에너지 도입 및 전력효율성 증대를 위해 필수적이며, 리튬이온 전지가 ESS용으로 활발히 도입 - (산업 형성) 이차전지는 납축·니켈카드뮴(Ni-Cd)·니켈수소(Ni-MH)·리튬이온 전지 등으로 구분되고, 현재 ’91년 일본에서 최초 상업화된 리튬이온 전지를 중심으로 생태계 형성 < 이차전지 산업의 역사 > - (시장 전망) 글로벌 이차전지 시장은 전기차 보급 확대 및 ESS 시장 확대에 따라, 향후 10년간 8배 성장하여 ’30년 시장 규모 3,517억달러*에 달할 것으로 전망되며, ’30년경 글로벌 메모리반도체 시장의 1.7배 이상으로 성장 예상 * 461억 달러(’20) → 3,517억달러(’30), SNE리서치(’21) ● (이차전지 중요성) 4차 산업혁명에 따른 에너지 모바일화로 이차전지는 미래 유망산업의 단순 부품이 아닌 초연결을 위한 핵심 산업으로 부각 - 초소형 모바일 전원부터 중대형까지 전 산업 분야의 Cordless 파워 공급원으로서 이차 전지 위상이 확대되고 있으며, - `고용량 장수명` 배터리는 초연결·초지능 시대를 맞아 국내에서 사회적 수요가 가장 높은 기술 3위*를 차지 * 초연결·초지능 시대를 대비하는 10대 미래유망기술, KISTEP(2020) 차세대 이차전지 산업경쟁력 확보를 위한 정책시사점[애자일] KIAT 산업기술정책센터 기술전략팀(’21.12.23) KIAT [애자일] 2021년 제12호 차세대 이차전지 산업경쟁력 확보를 위한 정책시사점 2 ● (차세대 이차전지 필요성) 리튬이온 전지는 에너지 밀도 및 출력이 높아 전기차, 소형 IT기기, ESS 등에 폭넓게 활용되고 있으나, 시장에 등장한 지 30여 년이 지나며 기술적 성능 한계를 보임 - ’19년 기준 LG화학(韓), CATL(中) 등에서 에너지밀도 기준 300Wh/kg 리튬이온 전지 시제품을 개발했으나, 시장에서 요구하는 수준의 리튬이온전지 에너지밀도 개발은 점차 느려지고 있으며, 300~350Wh/kg 수준에서 기술적 한계에 다다를 것으로 전망 - 사용기간에 따른 효율 저하 및 발화·폭발의 위험성 개선을 위해, 상대적으로 안정성이 높고 수명이 오래가는 ‘차세대 이차전지’ 개발 필요성 증대 ● (차세대 이차전지 종류) 차세대 이차전지로 주목되고 있는 종류는 대표적으로 아래와 같으며, 리튬이온 이차전지의 대안으로 전고체전지가 유력 < 차세대 이차전지 종류 > 종류 양극 음극 애플리케이션 요구사항 All Solid (전고체) 기존 양극 or 솔리드(메탈) 기존 음극 or 솔리드(메탈) 전기차, ESS, 플렉서블 등 고체전해질 필수, 제조공정 필요, 비용절감 Li-S (리튬-황) 황 리튬 메탈 전기차, ESS, 플렉서블 등 고체전해질 필요, 황(S) 용출 억제 Li-Metal (리튬-금속) 기존 양극 등 리튬 메탈 전기차, ESS, 플렉서블 등 고체전해질 필요, Metal 용출 억제 Li-Air (리튬-공기) 공기 (다공질탄소) 리튬 메탈 xEV, ESS, 무선 IT 고체 전해질, 과전압방지 촉매 필요 Na-ion (나트륨 이온) 나트륨 이온 (화합물) 기존 음극 등 ESS(해수전지), 무선 IT 전해질 개발 필요, (고체전해질) Mg-ion (마그네슘 이온) 마그네슘 이온 (화합물) 기존 음극 등 ESS, 무선 IT 전해질 개발 필요 (고체전해질) * 한국전자기술연구원 - 차세대 이차전지 개발이 전고체전지 중심으로 진행되는 과정에서 리튬메탈전지, 리튬황 전지의 상용화 시도가 예상되는데, 두 전지 모두 고체 전해질 개발이 뒤따라야 상용화 가능성이 높아지는 점에서 황 양극재, 리튬메탈 음극재, 고체 전해질은 보완적인 성격을 지님 - (전고체전지) 리튬이온의 이동 경로인 전해질로 고체를 사용하는 전고체전지는 구멍이 뚫리거나 구겨져도 화재의 위험이 없고, 전해질 누액이나 폭발 위험성을 획기적으로 저감 가능