< 목 차 >

1. 개요

2. 산업 및 시장 분석

3. 기술 개발 동향

4. 특허 동향

5. 요소기술 도출

6. 전략제품 기술로드맵

1. 개요 가. 정의 및 필요성 (1) 정의  ‘고에너지밀도를 갖는 전고체전지는 기존 리튬이온이차전지에서 가연성의 액체 전해질을 불연성의 고체 전해질로 변경한 것으로 가연성 소재를 제거하여 발화 및 폭발의 위험을 원천적으로 차단할 수 있는 안전성이 매우 강화된 이차전지 ▪ 전고체전지의 성능 확보 및 제조 공정의 수월성 확보를 위해서는 고체전해질의 이온전도도 향상 및 대기/수분 안정성을 확보할 수 있는 기술의 개발이 중요 ▪ 전고체전지는 기존의 리튬이온이차전지와 다르게 고체전해질을 사용하고 구조가 상이하여 전극 및 셀 제조 기술의 별도 개발이 필요함 [ 이차전지 전략분야 내 고에너지밀도를 갖는 전고체전지 위치 ] * 자체구성  기존 리튬이온이차전지의 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하여 외부 충격, 과충전, 과열 등에 의한 발화 및 폭발의 위험성을 근본적으로 해결할 수 있음  고전압 전극 및 바이폴라 디자인을 채용하여 에너지밀도 한계를 극복하고, 비정상 운전 환경(고온/고전압)에서도 전지 성능을 유지할 수 있으며, 열 관리가 용이하여 시스템 단순화 및 비용 절감이 가능함 고에너지밀도를 갖는 전고체전지7 [ 전기화학적 에너지저장시스템에서의 전고체 전지의 에너지 밀도 및 출력 밀도 비교 ] * 출처 : Nature Energy(2016)1) 1) High-power all-solid-state batteries using sulfide superionic conductors, Nature Energy(2016.3.21.) 전략제품 현황분석 8 (2) 필요성  현재 에너지저장시스템용 이차전지로 활용되는 이차전지는 납축전지, 슈퍼커패시터, 레독스 플로우 전지, 리튬이온전지 등이 있으며, 그 중이 에너지밀도와 출력밀도가 가장 높은 리튬이온전지가 가장 유망함  에너지저장시스템을 위한 이차전지 기술개발과 관련하여 공통적으로 요구되는 사항은 에너지 밀도와 출력밀도의 증대, 안전성 확보, 장수명 특성 확보, 경제성 확보 등이 있음 ▪ 전력저장용 전지로는 현재까진 레독스 플로우(Redox flow) 전지가 유력한 후보 전지이나 낮은 에너지 밀도로 인한 효율 저하가 가장 큰 문제임 ▪ 슈퍼커패시터는 출력 특성이 탁월하여 무정전 전원장치용으로 적합하지만, 출력 유지 시간이 수초~수십초로 짧아서 용도에 제한되며 유지 시간향상을 위해선 타 이차전지와의 복합구성이 필요하다는 기술적 한계가 존재함 ▪ 특히 차량용 및 전력저장용 전지는 오랜 시간을 사용하기 때문에 장수명 이차전지가 필요함 ▪ 현재의 리튬이온전지는 상용화된 이차전지 중 에너지밀도, 출력 특성이 가장 우수하나, 고가격으로 인해 경쟁력이 떨어지며, 향후 리튬자원의 원활한 분배 및 공급 여건은 위협요인임 ▪ 또한, 현재의 리튬이온전지는 가연성의 액체전해질을 사용하여 발화 및 폭발 위험성이 존재하여 안전성 확보를 위한 대안 기술 개발이 필요함  현재 사용되고 있는 리튬이온전지는 에너지밀도, 가격 등 최고의 성능을 달성하고 있으나, 에너지 저장시스템뿐만 아니라 무인이동체, 전기자동차 등의 새로운 시장을 위한 한계 돌파 기술이 필요  리튬이온전지가 지니고 있는 발화 및 폭발 위험성과 같은 내재적 불안 요소 및 성능 한계를 극복하는 동시에 미래 중대형 이차전지의 수요 시장에 부합하는 방향에 맞춰서 차세대 이차전지를 개발할 필요성이 증대 ▪ 기존 리튬이온전지의 성능은 양/음극재의 소재 또는 조성 변경을 통해 상당히 많이 개선됐으나, 점점 성능 개선 폭과 속도가 둔화하고 있으며, 지속적인 성능 개선에도 불구하고 리튬이온전지의 안전성 이슈는 여전히 완벽하게는 해결되지 않은 불안 요인으로 남아있음 ▪ 액체 또는 겔타입 전해질을 쓰는 리튬이온전지는 특성상 발화 및 폭발의 위험성, 낮은 내충격성 등 안전성에 대한 한계를 가지고 있으며, 이로 인해 리튬이온전지의 안전성 문제가 대두됨 ▪ 최근 전기자동차 및 ESS(Energy Storage System) 등의 발화 사고는 현재의 리튬이온전지에 대한 폭발 위험성을 인식하고 안정성 한계를 재고하는 계기가 됨  액체 전해액 기반의 리튬이온전지의 안전성 한계를 극복할 수 있는, 저가화 및 고용량화를 동시에 실현할 수 있는 혁신적인 개념의 시스템인 고체전해질 기반의 초고안전성 및 고에너지밀도의 전고체전지 기술이 반드시 필요함