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Battery

전고체 리튬이차전지의 기술 동향 및 상용화 전망
  • 발간일 : 2013-08-12
  • 발간주기 : 비정기
  • 페이지 : 130 페이지
  • 가격 : 3,150,000원
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현재 사용하고 있는 고용량/고출력/대용량 리튬이온전지는 이온전도성이 우수한 유기계 액체 전해액을 사용하기 때문에 휘발성이 높은 유기용매의 사용에 따른 전지의 안전성, 내구성, 신뢰성에 대한 문제점을 항상 내포하고 있다. 일례로 일본의 Sony사의 경우, 2006년 오사카 학회장에서의 자사 배터리가 채용된 DELL 노트북의 발화사건 이후 대량 리콜사태를 맞으면서 DELL 컴퓨터사와 함께 회사가 심각한 경영위기를 맞기도 했다.

[Figure] 소형 리튬이온전지의 배터리 폭발사고

(Source :더 인콰이어러, 2006. 6. & 톰스 하드웨어 포럼, 2006. 7.)

따라서, 리튬이온전지의 안전성 확보를 위해, 액체 전해질 대신 고체전해질을 이용한 전고체 전지(All-Solid-State Battery)에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 향후 차세대 전지로서 입지를 다지고 있다. 고체 전해질을 사용하면 앞서 언급한 안전성뿐만 아니라, 이론적으로는 고에너지밀도, 고출력 밀도, 장수명 등 전지의 성능관점에서도 유리하고, 제조공정의 단순화, 전지의 대형화/조밀화 및 저가화 등의 경제성 관점에서도 유리한 것으로 알려져있다.

일반적으로 리튬이차전지의 안전은 액체전해질 < 고분자(겔)전해질 < 고체전해질 순서로 향상되지만, 이에 반해 이차전지의 성능은 사용된 전해질의 이온전도성 순으로 낮아지며, 이 때문에 전해질의 낮은 이온전도성은 전고체전지의 상용화에 있어 가장 큰 걸림돌로 작용해 왔다. 현재까지 보고된 많은 고체 전해질의 경우 상온에서 이온전도도가 10-5 S/cm 이하로 향후 액체전해질에서의 이온전도도 수준(10-3 S/cm 이상)에 근접한 고체전해질 소재 개발이 필요하며, 양음극 전극과 고체전해질의 계면저항, 그리고 전지 내의 분극저항을 줄일 수 있는 기술을 개발하는데 초점이 맞추어져 연구 개발이 진행 중이다.

[Figure] 리튬이차전지를 개발 중인 주요 연구기관 및 기업체의 Prototype 제품

(Source : 각 사 홈페이지, SNE리서치 재정리)

전고체 리튬이차전지의 상용화를 위해 극복해야 할 많은 문제들이 산재해 있어 상용화는 다소 시일이 걸릴것으로 전망이 예상되고 있지만, 최근 자동차 제조임에도 불구하고 차세대 전지를 가장 활발히 연구하고 있는 토요타는 2013년 3월에 2020년까지 전고체 전지와 리튬-공기전지를 적용한 PEV(Plug-In Vehicles, PHEV & BEV)를 선보일 계획이라고 발표하였다. 이처럼 최근 고체전해질 재료의 급속한 발전과 3차원 전극구조의 개발 등 상용화에 걸림돌이 되고 있는 문제점들을 해결하려는 많은 기업들의 연구개발 노력이 시도되고 있어 향후 좋은 결과가 있을 것으로 기대된다.

본 보고서에서는 최근 혁신적인 차세대 전지 기술 중 가장 많은 관심을 받고 있는 전고체 리튬이차전지에 대한 기술 이슈, 요소 기술, 기술 개발동향, 특허 동향 등에 대하여 기술하였다.

본 보고서의 Striong Point는

  - 차세대 이차전지의 기술 개발 현황 및 국가별 개발 로드맵
  - 전고체 리튬이차전지의 기술 이슈 및 핵심 요소 기술
  - 전고체 리튬이차전지의 특허 동향
  - 전고체 리튬이차전지를 개발하고 있는 각 국가별 연구소&기업체의 개발 현황
  - 향후 전고체 리튬이차전지의 응용 분야 및 상용화 전망

등에 대해서 최근까지의 전고체 리튬이차전지의 기술 개발 동향 정보를 제공하고 있다.

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