본문바로가기

What we do

We aim to provide our clients with intelligence,
future-directed information and analysis.

Report purchase request

  • Sales team
  • 070-4006-0355

  • sales@sneresearch.com

Purchase inquiry
Battery, Battery Materials

<2023> 전고체전지 제조기술의 현재와 미래

부제 : 주요업체 개발동향 및 제조기술 심층분석

 

 

 

현재 가장 널리 사용되고 있는 리튬이온전지(LIB)의 성능은 새로운 전자제품과 전기차에 대한 폭발적인 수요에 힘입어 끊임없는 기술개발에 의해 향상되어 왔다. 특히 에너지밀도가 초기 80Wh/kg에서 최근엔 300Wh/kg이 넘는 수준으로 비약적으로 향상되었다하지만 높은 에너지밀도는 그만큼 화재나 폭발 위험성을 가지고 있다. 리튬이온전지는 기계적 손상, 과방전, 과충전으로 인해 전기적 결함, 내부과열, 외부로부터 이차적 열 방출 등이 발생해 폭발반응이 일어날 수 있다.

 

 

 

이러한 위험을 차단하기 위해 고체전해질을 적용한 차세대 전지기술로 전고체전지가 떠오르고 있다전고체전지의 megatrends는 「우수한 안전성」, 「높은 에너지밀도」, 「고출력」, 「넓은 사용온도」, 「단순한 전지구조」라고 말할 수 있다. 그렇기 때문에 폭발의 위험에서도 자유롭고, 또 고체전해질은 0℃ 이하의 저온이나 60~100℃ 고온에서 액체전해질보다 이온전도성이 향상된다는 장점이 있다.

 

 

 

SNE Research의 예측에 따르면 전세계 전고체전지 시장규모는 2022년 약 2,750만 달러(350억원)에서 연평균 180%의 높은 성장률을 나타내어 2030년 약 400억 달러의 큰 시장을 형성할 것으로 전망된다. 우리나라 정부도 향후 10년이 세계 이차전지 시장에서 각국의 위상을 결정짓는 중요한 시점이라고 보고, 2030 이차전지산업(K-Battery) 발전전략」 수립과 함께 2027년 전고체전지 상용화를 목표로 기술개발을 지원하고 있다.

 

 

 

이차전지의 패러다임이 전고체전지로 급속히 변하는 상황에 대비하기 위해서는 전고체전지와 관련된 핵심소재 및 양산기술에 대한 선제적인 기술개발이 필요하다. 한편, 전고체전지의 상용화에 대한 예측이 2030년경으로 늦어지고 있는 데는 상용화에 이르지 못한 불충분한 소재개발 못지 않게, 아직 확립되지 않은 제조(생산)기술에도 큰 이유가 있다. 따라서, 본 보고서는 현재 가장 상용화 가능성이 큰 전고체전지의 셀 구성을 제안하고, 이를 제조하기 위한 재료와 공정기술의 이슈(과제)를 정리하고 이에 대한 해결방안을 제시하고자 한다.

 

 

 

또한, 전고체전지를 개발하는 주요기업의 발표자료 및 특허분석을 통해 각 사의 제조기술을 알아보았고, 문헌에 나온 제조기술 및 방법에 대한 고찰을 통해 장단점을 확인하고 적합한 제조공정에 어떤 것이 있는지 살펴보았다.

 

 

 

 본 보고서의 Strong Point

 

    전고체전지 기술동향 및 시장전망

 

    고체전해질에 대한 전반적인 이슈 및 해결방안 제시

 

    고체전해질을 전지에 적용 시 셀 구성 및 고려사항

 

    전고체전지 셀 제조기술 및 제조공정 비교

 

    Toyota, SES, Solid Power 등 주요기업 제조기술 동향

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

- Contents -

 

 

 

  1. 전고체전지 개요

 

 

 

     1.1 전고체전지

 

        1.1.1 리튬이온 이차전지의 한계---------------------------12

 

        1.1.2 전고체전지의 개발 필요성--------------------------13

 

        1.1.3 전고체전지의 응용분야-----------------------------14

 

        1.1.4 전고체전지의 시장전망-----------------------------15

 

        1.1.5 전고체전지 특허출원 현황--------------------------16

 

        1.1.6 전고체전지 국가별 논문발표 현황--------------------18

 

     1.2 전고체전지 고체전해질

 

        1.2.1 고체전해질 종류 및 조성---------------------------19

 

        1.2.2 고체전해질 종류별 주요 players---------------------20

 

        1.2.3 고체전해질 주요 players 변화-----------------------21

 

        1.2.4 고체전해질 종류별 특허출원 현황--------------------22

 

        1.2.5 무기 고체전해질 종류별 특허출원 현황----------------23

 

     1.3 전고체전지 기술동향

 

        1.3.1 자동차 OEM R&D 현황 및 대처현황-----------------24

 

        1.3.2 소재부품 개발사별 R&D 현황 및 대처현황--------------25

 

        1.3.3 전지업체별 R&D 및 대처현황------------------------26

 

1.3.4 전지업체 및 자동차OEM의 고체 전해질별 대처 현황------28

 

        1.3.5 전지업체별 전고체전지 생산예정 및 에너지밀도----------30

 

    1.4 조사기관별 전망

 

        1.4.1 조사기관별 전망----------------------------------31

 

        1.4.2 전해질 종류별 시장전망----------------------------32

 

        1.4.3 시장확대 단계------------------------------------33

 

        1.4.4 고체전해질 종류별 시장----------------------------34

 

        1.4.5 고체전해질 종류별 시장점유율-----------------------35

 

 

 

2.   고체전해질

 

 

 

   2.1 산화물계

 

      2.1.1 산화물계 전해질 속성---------------------------------37

 

      2.1.2 산화물계 전해질의 관련 특성---------------------------38

 

      2.1.3 산화물계 고체전해질의 종류별 이온전도도 및 적용분야-------39

 

2.1.3.1 NASICON--------------------------------------40

 

        2.1.3.2 Garnet----------------------------------------41

 

        2.1.3.3 Perovskite-------------------------------------42

 

      2.1.4 산화물계 전해질의 주요 이슈---------------------------43

 

      2.1.5 산화물계 전해질의 구체적인 이슈 및 해결방안-------------44

 

  2.2 황화물계 고체전해질

 

      2.2.1 황화물계 고체전해질 장점 및 단점-----------------------45

 

      2.2.2 황화물계 전해질의 관련 특성---------------------------47

 

      2.2.3 황화물계 고체전해질의 종류별 이온전도도 및 적용분야-------48

 

      2.2.4 LPS----------------------------------------------49

 

        2.2.4.1 LPS : 결정구조----------------------------------50

 

      2.2.5 Thio-LISICON--------------------------------------51

 

      2.2.6 LGPS---------------------------------------------52

 

        2.2.6.1 LGPS : 구조 및 이온전도도------------------------53

 

      2.2.7 Agyrodites------------------------------------------54

 

      2.2.8 황화물계 전해질의 구체적인 이슈 및 해결방안--------------55

 

   2.3 고분자 고체전해질

 

      2.3.1 고분자 매트릭스 종류 및 특성------------------------56

 

      2.3.2 고분자 전해질 종류 및 장단점------------------------57

 

      2.3.3 고분자 전해질 특성--------------------------------58

 

      2.3.4 고분자 전해질 이슈 및 해결방안----------------------59

 

   2.4 고체전해질 호환성

 

      2.4.1 전고체전지 셀에서 고려해야 할 사항-------------------60

 

      2.4.2 양극-전해질 호환성 이슈----------------------------62

 

      2.4.3 음극-전해질 호환성 이슈----------------------------63

 

 

 

3.   전고체전지 전극

 

 

 

   3.1 양극

 

      3.1.1 전고체전지 적용 양극활물질-------------------------65

 

      3.1.2 양극활물질 동향----------------------------------666

 

      3.1.3 양극 및 복합양극 processing------------------------67

 

   3.2 음극

 

      3.2.1 실리콘 음극--------------------------------------70

 

      3.2.2 Si/Graphite 음극-----------------------------------71

 

      3.2.3 리튬 음극----------------------------------------72

 

3.2.4 리튬금속 음극 processing---------------------------73

 

      3.2.5 무음극 (Anodeless)--------------------------------75

 

      3.2.6 박막 또는 무음극 적용------------------------------76

 

      3.2.7 리튬금속 및 실리콘 음극 processing-------------------77

 

      3.2.8 무음극과 다른 음극 비교----------------------------78

 

      3.2.9 리튬금속 및 실리콘음극의 생산방법 비교---------------79

 

 

 

4.   전고체전지 셀

 

 

 

   4.1 전고체전지 제조

 

      4.1.1 고체전해질 processing-----------------------------81

 

      4.1.2 셀 조립 (Cell Assembly)----------------------------82

 

      4.1.3 셀 완성 (Cell Finishing)-----------------------------83

 

      4.1.4 전고체전지 vs LIB 제조공정 비교---------------------84

 

      4.1.5 전고체전지 재료 Cost------------------------------86

 

      4.1.6 전고체전지 셀 제조비용-----------------------------87

 

      4.1.7 전고체전지용 고체전해질 Cost 비교-------------------88

 

      4.1.8 유망한 전고체전지 셀 컨셉--------------------------89

 

      4.1.9 전고체전지 셀 제작--------------------------------90

 

4.2 산화물계 전고체전지

 

      4.2.1 가장 유망한 셀 구성-------------------------------91

 

      4.2.2 전지구조 측면에서 고려사항-------------------------92

 

      4.2.3 전지 생산시 고려사항------------------------------93

 

      4.2.4 주요 성능 지표-----------------------------------94

 

      4.2.5 셀 컨셉 변화-------------------------------------95

 

4.3 황화물계 전고체전지

 

      4.3.1 셀 구성-----------------------------------------96

 

      4.3.2 전지구조 측면에서 고려사항-------------------------97

 

      4.3.3 전지 생산시 고려사항------------------------------98

 

      4.3.4 주요 성능 지표-----------------------------------99

 

      4.3.5 구조(실리콘 음극 적용)-----------------------------100

 

      4.3.6 Si/C 복합음극 적용 시 구조 측면에서 고려 사항---------101

 

      4.3.7 Si/C 복합음극 적용 셀 생산 시 고려사항---------------102

 

      4.3.8 Si/C 복합음극 적용 시 주요 성능 지표----------------103

 

4.4 황화물계 전고체전지

 

      4.4.1 고분자계 전고체전지 구성--------------------------104

 

      4.4.2 전지구조 측면에서의 고려사항----------------------105

 

      4.4.3 전지 생산시 고려사항-----------------------------106

 

      4.4.4 고분자계 전고체전지 주요 성능 지표-----------------107

 

    4.5 셀 에너지밀도

 

      4.5.1 각 소재에 대한 가정------------------------------108

 

      4.5.2 중량 및 부피 에너지밀도---------------------------109

 

      4.5.3 예상 시나리오 및 Roadmap------------------------110

 

 

 

5.   전고체전지 제조기술

 

 

 

   5.1 실험실 셀 제작

 

      5.1.1 실험실 수준 셀 제작------------------------------113

 

      5.1.2 Powder pressing()셀 제작공정-------------------114

 

      5.1.3 Powder pressing 셀을 이용한 3전극 셀 제작공정--------116

 

      5.1.4 Coin 셀 제작공정------------------------------------117

 

      5.1.5 일본 NEDO 전고체전지 roadmap-----------------------118

 

      5.1.6 Pouch 셀 제작공정 : NEDO 표준전지--------------------119

 

      5.1.7 Pouch 셀 제작공정 : NEDO 실증셀----------------------120

 

5.1.8 Pouch 셀 제작공정 : NEDO 대면적 적층 실증 셀 제작-------121

 

      5.1.9 Pouch 셀 제작공정 : 1세대 전고체 실증셀 LIB-----------122

 

      5.1.10 일본 NEDO : 차세대 전고체 실증셀 LIB-----------------123

 

   5.2 셀 제조기술

 

      5.2.1 전고체전지 타입에 따른 장단점-------------------------124

 

      5.2.2 고체전해질 종류에 따른 적합한 제조방법-----------------125

 

      5.2.3 CIP, WIP, HIP 비교----------------------------------126

 

      5.2.4 고체 전해질 종류에 따른 적합 방법---------------------127

 

      5.2.5 전극/전해질 층의 조밀화(Densification)------------------128

 

      5.2.6 복합전극(Composite electrodes) 및 분리막 제작-----------129

 

      5.2.7 적층 제조공정--------------------------------------130

 

      5.2.8 슬러리/용액 캐스팅 제조공정--------------------------131

 

      5.2.9 압출 제조공정--------------------------------------132

 

5.2.10 테이프 캐스팅 제조공정-----------------------------133

 

      5.2.11 전해액 주입 제조공정-------------------------------134

 

   5.3 셀 제조공정

 

      5.3.1 일반적인 LIB 제조공정-------------------------------135

 

      5.3.2 전고체전지 : 양극 제조------------------------------136

 

      5.3.3 전고체전지 : 음극 제조------------------------------137

 

      5.3.4 전고체전지 : 셀 제조--------------------------------138

 

      5.3.5 전고체전지 : Cell conditioning-------------------------139

 

      5.3.6 전고체전지 : 셀 가공 cost----------------------------140

 

      5.3.7 전고체전지: 공정비교--------------------------------142

 

      5.3.8 셀 전체 Flow--------------------------------------144

 

      5.3.9 고체전해질 분리막 제조 Flow-------------------------145

 

      5.3.10 고체전해질 분리막 제조 상세------------------------146

 

      5.3.11 고체전해질 분리막(복합양극 위) 제조공정---------------147

 

      5.3.12 음극 제조공정 Flow--------------------------------148

 

      5.3.13 음극 제조공정 상세--------------------------------149

 

      5.3.14 리튬 foil 제조공정---------------------------------150

 

      5.3.15 복합양극 : 주요 제조공정 Flow-----------------------151

 

5.3.16 복합양극 제조공정 상세---------------------------152

 

      5.3.17 복합양극 제조공정 및 설비------------------------153

 

      5.3.18 셀 조립공정 주요 Flow---------------------------154

 

      5.3.19 셀 조립 주요공정 상세---------------------------155

 

      5.3.20 셀 조립 : 스택 제조 공정-------------------------156

 

      5.3.21 셀 조립 : 제조 공정별 장단점 비교-----------------157

 

      5.3.22 산화물계 고체전해질 적용 셀 제조공정--------------158

 

      5.3.23 LIB 공정을 응용한 전고체전지 양,음극 전극제작-------160

 

      5.3.24 LIB 공정을 응용한 전고체전지 후공정---------------161

 

   5.4 셀 제조 방법

 

      5.4.1 평면 press roll press의 한계---------------------162

 

      5.4.2 HIP(Hot Isostatic Pressing) Pressing과의 차이--------163

 

      5.4.3 기존 소결방법과 HIP로 처리한 고체전해질 비교---------164

 

      5.4.4 양극재 습식제조법--------------------------------166

 

5.4.5 양극 활물질의 표면 코팅---------------------------169

 

      5.4.6 활물질 복합화/구형화------------------------------170

 

 

 

6.   주요기업 제조기술 동향

 

 

 

   6.1 TOYOTA

 

      6.1.1 전고체전지 셀 성능저하 요인 규명-------------------172

 

      6.1.2 장기 사이클에서의 성능저하 문제--------------------173

 

      6.1.3 성능저하 대책-----------------------------------174

 

      6.1.4 대책 및 문제 해결--------------------------------175

 

      6.1.5 전고체전지 적용 Step-----------------------------176

 

      6.1.6 전고체전지 제조: Pressing 적용---------------------177

 

      6.1.7 전고체전지 제조: 승화성 충전제 적용----------------180

 

      6.1.8 Hot isostatic pressing(HIP) 적용--------------------181

 

      6.1.9 수지 packaging --------------------------------183

 

     

 

   6.2 HONDA

 

      6.2.1 전고체전지 제조방향-----------------------------188

 

6.2.2 전고체전지 Cell Prototype 제조공정-----------------189

 

      6.2.3 전고체전지 제조공정 : 믹싱-----------------------190

 

      6.2.4 전고체전지 제조공정 : 전극코팅--------------------191

 

      6.2.5 전고체전지 제조공정 : 전극 roll pressing-----------192

 

      6.2.6 전고체전지 제조공정 : 전극 slitting---------------193

 

      6.2.7 전고체전지 제조공정 : 접합 roll pressing-----------194

 

      6.2.8 전고체전지 제조공정 : 적층---------------------195

 

      6.2.9 전고체전지 제조공정 : Tab용접, 조립, 실링--------196

 

      6.2.10 전고체전지 제조공정 : Aging, 검사--------------197

 

 

 

  6.3 Nissan

 

      6.3.1 전고체전지 제조방향--------------------------198

 

      6.3.2 전고체전지 제조공정 개요----------------------200

 

      6.3.3 전고체전지 제조공정--------------------------201

 

 

 

  6.4 SES

 

      6.4.1 전체 Cell 구조-------------------------------206

 

      6.4.2 Cell 성능------------------------------------207

 

      6.4.3 Cell P.P Line 주요공정-------------------------208

 

 

 

6.5 Solid Power

 

      6.5.1 전고체전지 구조 및 개발 line-up------------------209

 

      6.5.2 전고체전지 제조공정----------------------------210

 

      6.5.3 Si 음극 EV 전고체전지 Roadmap------------------211

 

      6.5.4 Li 음극 EV 전고체전지 Roadmap------------------212

 

      6.5.5 전고체전지 생산 시점---------------------------213

 

 

 

   6.6 Blue Solution

 

      6.6.1 LMP® 전고체전지 구조--------------------------214

 

      6.6.2 전고체전지 제조공정----------------------------215

 

      6.6.3 전고체전지 Roadmap---------------------------216

 

 

 

   6.7 QuantumScape

 

      6.7.1 전고체전지 Cell 성능---------------------------217

 

      6.7.2 전고체전지 제조공정 및 Cell 특성-----------------218

 

      6.7.3 전고체전지 Roadmap---------------------------219

 

 

 

 

 

   6.8 ProLogium

 

      6.8.1 전고체전지 Cell 구성---------------------------220

 

      6.8.2 전고체전지 구조 및 성능------------------------221

 

6.8.3 전고체전지 Line 구성---------------------------222

 

      6.8.4 전고체전지 주요 제조공정-----------------------223

 

 

 

  6.9 Johnson Energy Storage

 

      6.9.1 Cell 정보 및 관련 특성--------------------------224

 

      6.9.2 Slurry coating 공정-----------------------------225

 

      6.9.3 co-extrusion 공정------------------------------227

 

 

 

  6.10 TaiyoYuden(太陽誘電)

 

      6.10.1 MLCC Type 전고체전지 구성--------------------229

 

      6.10.2 MLCC Type 전고체전지 제조공정-----------------230