이차전지한글

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이차전지한글

  1. 1. 이차전지 Electric Double Layer Capacitor
  2. 2. 석유 / 잔사유 석탄 천연가스 가수화 열분해 수증기 풍력 태양광 광분해 생물학적 분해 유기성 폐기물 연료전지와 수소경제 열분해 고온전기분해 발전용 가정용 수송용 휴대용 CO 2 전기분해 대체에너지 화석연료 원자력 화학적 수소저장 물리적 수소저장 과도기 연료 전지 수소 H2 물
  3. 3. 전지의 개념(Concept) <ul><li>전지 (Battery) 는 내부 활물질의 화학에너지를 화학적 반응에 의해 전기 에너지로 변환하는 기기 . &quot; 전지 &quot; 라는 용어는 두 개 이상의 전기화학적 셀 (Cell) 의 집합체를 나타내지만 보통 단위전지 (Single Cell) 에도 사용한다 . 전지는 전기화학 반응이 일어나 전자가 도선을 통하여 외부로 빠져 나갈 수 있도록 특별한 내부구조로 이루어져 있으며 도선을 통하여 흐르는 전자는 전기에너지의 원천이 되어 우리에게 필요한 전기를 제공한다 . </li></ul>
  4. 4. 전지의 역사 (History)
  5. 5. 전지의 원리 (Principle) <ul><li>전지는 기본적으로 어떤 재료의 화학적 에너지를 전기 화학적인 반응을 통해 전기적 에너지로 변환시키는 장치를 말한다. 즉, 전기 화학반응에 의해 전자가 도선을 통해 외부로 빠져 나갈 수 있도록 특별한 내부구조로 이루어져 있으며, 도선을 통해 흐르는 전지는 전기 에너지의 원천이 된다. </li></ul>
  6. 6. 전지의 분류와 구분 <ul><li>물리전지와 화학전지 </li></ul><ul><li>일반적으로 전지라 하면 화학전지를 통칭한다 . 대다수의 전지는 구성물질에 따라 명칭이 부여되며 , 전지의 구분은 전지를 구성하는 요소 ( 음극 , 양극 , 전해질 ), 형태 , 사용목적이나 용도 , 수명도 등 여러 가지 측면에서 나눌 수 있다 . </li></ul><ul><li>일반적으로 전해액 성질에 따라 3 가지 대분 </li></ul><ul><li>산성 (Acid) </li></ul><ul><li>약산성 (Mildly acid) </li></ul><ul><li>알칼라인 (Alkaline) </li></ul><ul><li>산성 전해액 전지는 황산 (sulfuric acid) 사용 </li></ul>
  7. 7. 화학전지와 물리전지 자료출처 : 이차전지 인력 / 정보센터 , 2009.11 방사성 동위원소의 에너지를 전기 에너지로 변환 원자력 전지 연료 ( 천연가스 , Methanol, 석탄 ) 의 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 화학 발전 장치로서 , 외부에서 연료가 연속 공급되어 발전이 가능한 전지 연료 전지 반도체의 p-n 접합을 이용하여 열에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 장치 열전 소자 화학에너지와 전기에너지간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지 이차 전지 반도체의 p-n 접합을 이용하여 광전효과에 의해 태양광에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 장치 태양 전지 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 전지로서 , 화학반응이 비가역적이거나 가역적이라도 충전이 용이하지 않음 일차 전지 물리전지 화학전지
  8. 8. 전지의 구성요소(Component) <ul><li>전해질 과 전해질에 담겨져 있는 양극과 음극이라는 활물질 </li></ul><ul><li>그리고 분리막 으로 구성 </li></ul><ul><li>양극 활물질 (Cathode or positive electrode) </li></ul><ul><li>외부로부터 전자를 받아 양극 활물질이 환원되는 전극 </li></ul><ul><li>음극 활물질 질 (Anode or negative electrode) </li></ul><ul><li>산화되면서 전자를 방출하는 전극 </li></ul><ul><li>전해질 (Electrolyte): </li></ul><ul><li>활물질 환원 및 산화반응이 조화를 이루도록 물질 이동 매개체 </li></ul><ul><li>분리막 (Separator): </li></ul><ul><li>양 - 음극의 물리적 접촉을 방지키 위한 격리판 </li></ul>
  9. 9. 전지 분류 리튬 2 차 폴리머 전지 리튬 2 차 이온 전지 고체고분자전해질형 (PEFC)- 80℃ 작동 고체전해질향 (SOFC) - 1,000℃ 작동 용융염형 (MCFC) - 650℃ 작동 인산형 (PAFC) - 200℃ 작동 3 차 전지 금속공기 전지 나트륨 - 아연 전지 나트륨 - 황 전지 리튬 2 차 전지 니켈수소전지 니켈카드뮴전지 연축전지 2 차 전지 공기아연전지 리튬 1 차 전지 알칼리망간전지 수은전지 망간전지 1 차 전지
  10. 10. 망간전지 (MnO2) <ul><li>약 2 천년 전의 페르시안 유물로 이라크 바그다드에서 1932 년 독일 고고학자 Wilhelm Konig 발견 . 점토항아리 (h14 X Φ8cm) 안에 구리로 된 원통형 (ℓ10 X Φ1cm) 고정 후 저부 + 개구부를 아스팔트로 봉입시킨 구조 . 사용된 전해액은 건조되어 알 수가 없지만 2 차 대전 후 미국의 학자가 식초 및 포도주를 이용하여 위 와 같은 동일한 구조에서 전류를 추출해내는 데 성공 . 호이얏트 랍뿌아 또는 바그다드 전지로 명명 . 실용은 이탈리아 PAVIA 대학 교수 Allessandro Volta (1792) 가 GALVANI 전지 (1786) 즉 &quot; 서로 다른 금속을 개구리 다리 근육에 접촉 시켰을 때에 전기를 발생한다 .&quot; 는 동물전기 발상으로부터 얻어진 볼타 전지 (1800). 이를 계기로 1800 년대에는 VOLTA 전지를 이용하여 전류의 자기효과의 발견 , 전해전기량과 화학작용등 여러 중용한 전기 화학 발명이 이어짐 . </li></ul><ul><li>1868 년 프랑스의 Engineer Le Clan Ché 가 발명하였으며 1886 년 독일의 학자 Gassner 에 의해 전지를 기울여도 내부의 액이 흐르지 않는 건전지 (Dry cell) 을 발명하여 상품화에 성공 </li></ul>
  11. 11. 알카리 망간전지 (Alkaline MnO2) <ul><li>1882 년 독일 G.Leuchs 특허출원으로 시작 , 1903 년에 미국 S. Yai 가 (MnO2+ Graphite) 혼합체를 양극 , 전해액으로 KOH 용액 , 음극으로는 Zn 을 사용하는 습전지 (Wet Cell) 특허 출원 . 그 뒤 E.Achenbach, A.Heil 등 유사 전지를 개발 . 1950 년대 중반 W.S.Herbert 의 선구적 업적으로 최초 사용 알칼리 망간전지 특허 출원 , 1952 년 'Crown Cell' 이 처음 등장 . 1960~1970 년대 기술혁신이 이루어져 많은 연구논문과 특허들이 출원되었음 . Crown Cell 구조상 높은 전류 공급에 문제점 대두 , 구조면에서 현재의 것과 흡사한 원통형전지가 개발되어 Crown Cell 과는 완전히 다른 구조 변화 . 출발은 단추형 (Button Type) Crown Cell 에서 출발하여 고용량의 원통형 (Cylinder Type) 이 시장의 주류 . 크기 면에서는 , 박형화에 따라 전지의 크기도 점점 소형화 추세 </li></ul>
  12. 12. 이차전지(Secondary Battery)
  13. 13. 이차전지(Secondary Battery) <ul><li>화학에너지와 전기에너지간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지를 의미 . 계속해서 충전하면서 재사용이 가능한 것이 가장 큰 특징 . </li></ul><ul><li>대표적으로 납 (pb) 축전지 , 니켈카드뮴 (Ni-Cd) 전지 , 니켈수소 (Ni-MH) 전지 , 리튬이온 (Li-ion) 전지 , 리튬이온폴리머 (Li-ion polymer) 전지가 있으며 , 현재는 리튬이온 전지 및 리튬이온폴리머 전지가 시장을 주도 </li></ul>
  14. 14. 이차전지(Secondary Battery) 작동 <ul><li>양극과 음극 , 전해질로 구성이 된다 . 방전시 리튬 이온은 부극인 graphite 격자 구조 속에 있는 Li 이온이 빠져 나와 분리막을 거쳐 정극의 결정구조 속으로 이동해 들어간다 . 충전 시에는 산화물 정극에서 Li 이온이 빠져 나와 분리막을 거쳐 탄소 부극의 결정 속으로 이동하여 들어간다 . 따라서 충방전시 Li ion 이동에 따라 결정구조는 크게 변한다 . 전해질로 수용액대신 유기용매를 사용한다 . 전지작동은 충방전 시 양쪽 전극의 전위차에 따라 전지 외부회로에서의 전자흐름과 전지내부에서의 이온흐름이 동시에 일어난다 . 충전은 외부의 전기에너지를 전지내부의 전기화학반응을 통하여 화학에너지로 바뀐다 . 외부에서 음극 ( 탄소 전극 ) 으로 전자가 들어가면 전해염의 Li ion 은 전자를 받아 환원되어 음극에 붙게 된다 . 이때 , 양극에서는 전자가 외부회로로 흘러나가며 전극 활물질은 산화되고 Li ion 을 잃게 된다 . 방전은 충전의 역반응으로 외부회로에 전기에너지를 공급한다 </li></ul>
  15. 15. 이차전지(Secondary Battery) 작동
  16. 16. 납축 ( 연축 전지 -Lead Storage Battery) <ul><li>1859 년에 발명 </li></ul><ul><li>자동차의 전원 및 산업용 UPS 의 전원용으로 사용 . </li></ul><ul><li>싼 값으로 제조 가능 </li></ul><ul><li>넓은 온도 범위 내에서 고출력을 낼 수 있다는 장점 </li></ul><ul><li>무게가 비교적 무거우며 </li></ul><ul><li>에너지 저장밀도가 높지 않다 </li></ul>자료출처 : 이차전지 인력 / 정보센터 , 2009.11
  17. 17. 니켈카드뮴전지 (Ni/CD) <ul><li>1899 년 스웨덴 과학자 W 융거 발명 . 양극에 니켈산화물 , 음극에 카드뮴을 이용 . 1901 년 튜브식 , 포케트식 극판을 이용 소규모 제조 시작 1946 년 미국이 본격 제조 . 제 2 차 세계대전 중에 독일 소결식 극판 사용 발명으로 고율방전 특성 , 고온 특성 , 저온 특성의 향상 및 장수명화가 가능하게 되었고 수명도 연장 . </li></ul><ul><li>밀폐화는 1938 년 A.E. Lange 등이 과충전 중에 양극에서 발생한 산소를 카드뮴극으로 유도하여 산소 소비 방법 발명 . 1948 년 G. Neuman 이 산소 소비의 구체적인 안을 제시하여 개방형 (Vented Type) 으로 사용되던 Ni-Cd 전지를 밀폐 전지 (Sealed Type) 로 만들 수가 있게 되었다 . 이에 따라 니켈 - 카드뮴 축전지는 건전지의 분야까지 광범위하게 사용되어 급속한 발전을 이루게 되었다 </li></ul>자료출처 : 이차전지 인력 / 정보센터 , 2009.11
  18. 18. 니켈수소전지 (Ni/MH) <ul><li>1993 년 출현한 차세대 첨단 2 차전지 . 평균 전압이 1.2V 로 니카드 전지와 동일해 상호 호환성이 있고 용량도 니카드 전지의 2 ~ 2.5 배 고용량화 가능 . 1-1.5 시간 내 급속 충전 . 내부 저항이 낮아 방전 시 전압 변동이 적어 니카드전지를 대체하고 있어 2 차 전지 시장의 주력품 . 흡장합금 전극판은 당초 1968 년 연료전지의 전극으로 개발됐다 . 그러나 경제성 및 내구성 문제로 상용화되지 못하다 80 년대 밀폐기술이 개발되고 산화압력 문제가 해결되어 2 차 전지의 전극 판으로 실용화 . 특히 기체 압력과 온도 조절에 따라 평균 압력보다 높거나 주변 온도보다 낮아지면 수소를 흡수하고 반대로 저압 . 고온이 될 경우는 수소를 방출하는 기능을 갖고 있는 수소합금기술을 활용 , 에너지 밀도 향상을 실현했다 . </li></ul>자료출처 : 이차전지 인력 / 정보센터 , 2009.11
  19. 19. 리튬이온이차전지 <ul><li>1912 년 G.N. Lewis 연구를 시작으로 1970 년 비 충전 리튬 전지 상용화 . 1980 년대 안정성 문제 미해결 . 리튬은 금속 중에서 가장 가볍고 우월한 전기 화학적 위치를 고수하고 있으며 대용량의 에너지를 제공 . 재충전 전지의 전극을 리튬 금속으로 사용하면 높은 전압과 풍부한 용량을 제공 받을 수 있어 대단한 에너지 밀집체로 부상 . 1980 년대 후 무차별적인 열 상승의 결손 요인 발견 . 1991 년 휴대폰 전지 폭 발로 사람의 얼굴에 튀어 화상을 입힌 후에 대량의 리콜 발생 . 그 후 , 리튬 금속 고유의 불안정성 때문에 Li-Ion Cobalt Dioxide(LiCoO2) 같은 비금속 리튬 전지로 형태로 전환 . 비금속 리튬은 리튬 금속보다 에너지 밀도면에서 약간 낮으나 안전하고 충 / 방전 시 확실한 예방조치 가능 . Li-Ion 에너지 밀도는 Ni-Cd 의 2 배 이상이고 부하 전류량도 상당히 높다 . 사실 , Li-Ion 은 방전 특성면에서 Ni-Cd 와 상당히 유사하게 작용하며 쉽게 방전 되지 않는다 </li></ul>자료출처 : 이차전지 인력 / 정보센터 , 2009.11
  20. 20. 리튬이온폴리머전지 <ul><li>양극 / 음극 사이에 폴리머 전해질을 삽입 , 외부 집전체 , 외장재 순으로 씌운 구조 . 폴리머 전해질은 모노마 , 유기용제 , 전해질염 등 3 종류의 물질을 혼합해 사용 . 양극에는 2PO₂ 를 음극에는 탄소재료 사용 . 고체나 겔 상태 폴리머 사용으로 두께를 리튬이온의 6 배 박형화 실현 . 크기와 디자인 다양화 가능 . 안전성이 높다 . 리튬 폴리머 2 차전지는 전지에 구멍이 나도 용액이 흘러 나오지 않아 리튬이온 2 차전지와 같은 발화 / 폭발 위험이 거의 없다 . 대형이 아니면 보호회로 불필요 . 대형 제품의 경우에도 리튬이온 2 차전지 보다 간단한 보호회로만 있으면 된다 . </li></ul>
  21. 21. 미래형 전지 <ul><li>고체전해질전지 (1) </li></ul><ul><li>고체전해질전지 (2) </li></ul><ul><li>바이오 전지 </li></ul><ul><li>해수전지 </li></ul><ul><li>종이전지 </li></ul><ul><li>온도전지 </li></ul><ul><li>초마이크로전지 </li></ul><ul><li>프라스틱전지 </li></ul><ul><li>25 년 전지 </li></ul><ul><li>의복전지 </li></ul><ul><li>먼지전지 </li></ul>
  22. 22. 메모리 효과(Memory Effect) 니켈 전지는 활물질인 NiOH 에서 OH 가 떨어졌다 붙었다 하며 전하를 전달하는 현상이 바로 충전과 방전이라는 전기적 흐름 . Shallow Charge-Discharge( 만 충전 후 조금 사용하고 재충전 ) 를 몇 번 반복하면 반복된 위치에 고용체가 생성이 되어 새 전지라도 용량이 떨어져 남은 용량은 사용 불가 . 이 한계를 기억하는 것이 메모리 효과 (Memory Effect) 다 . 따라서 완전히 소모하고 재충전하는 것이 중요 . 리튬이온 전지는 메모리 효과 현상이 없어 임의대로 수시 충전하여도 수명에 영향을 미치지 않는다 . 오히려 Ni 계 전지와는 정반대로 자기 수명을 유지하는 효과가 있다 . 리튬 전지가 비싸지만 Ni- 전지보가 수요가 늘어나고 사용자가 찾는 이유다
  23. 23. 2 차 리튬 전지 비교 단점 1. 얇은 외장재 - 기계적 충격에 약함 2. 저온에서 성능 미흡 3. 용량 / 에너지 밀도가 매우 낮음 단점 1. 폴리머 전지보다 무겁다 . 2. 금속 외장재의 특성상 일반적으로 4~5mm 이하의 박형 얇은 전지와 광면적 전지를 제조 어려움 장점 1. 고온에서 안전 2. 얇은 외장재에 따른 경량화 장점 1. 고용량 / 고에너지 밀도 2. 좋은 저온 성능 3. 외장재의 견고함 - 기계적 충격 등 강함 리튬 폴리머 리튬 이온
  24. 24. 2차 전지 종류별 용도 휴대용 AV 기기 전원 , 하이브리드카 전지 리튬 전지 포터블 전자제품 , 인공위성 전원용 니켈수소 전지 비행기의 SLI 용 , 산업 및 군사용 니켈카드뮴 전지 자동차의 SLI (Start–Light–Ignite) 용 납축 전지 용 도 구 분
  25. 25. 2차 전지 종류별 특성 O X O O X O X O 환경 및 저온 250- 300 300- 350 240 160 에너지 밀도 (Wh/l) <<10 <10 20-25 자기 방전 (%/ 월 ) 유기 LixMnOy LiTi 산화물 1.5 유기 Nb2O5 LiAl 합금 2 유기 LixMnOy LiAl 합금 3 유기 V2O5 LiAl 합금 3 충전식 코인형 리튬 1000 고형화 유기 LiCO2 C(Li) 3.7 리튬 폴리머 LIPB 1200 유기 LiCO2 C(Li) 3.6 리튬 이온 LIB 1000 KoH NiOOH MH(H) 1.2 니켈 수소 Ni/MH 1000 KoH NiOOH Cd 1.2 니켈 카드뮴 (Ni/CD) H2SO4 PbO2 Pb 2 연축 전해액 양극 음극 수명 ( 회 ) 구성 공칭 전압 (V) 종류
  26. 26. 이차전지 핵심기술 분야 <ul><li>전극 활물질 에너지 밀도 증진 </li></ul><ul><li>전극 활물질 출력 밀도 향상 </li></ul><ul><li>전극 활물질 안전성 강화 </li></ul><ul><li>전극 재료 기능 개선 </li></ul><ul><li>전해질 기능 개선 </li></ul><ul><li>분리막 / 고분자전해질 기능 향상 </li></ul>
  27. 27. 이차전지 핵심기술 분야 <ul><li>고에너지밀도 전극 활물질 </li></ul><ul><li>리튬이차전지 분야 </li></ul><ul><li>음극 활물질 - 기존의 탄소 소재에서 실리콘 , 주석산화물 , 리튬 및 리튬 합금 , 탄소복합체 등 소재 개발 </li></ul><ul><li>양극 활물질 - 기존의 LiCoO2 에서 LiCoO 2 개선 , LiNixCoyO2, LiNixCoyMnzO2, 전도성 고분자 등 새로운 소재 개발 </li></ul><ul><li>슈퍼 커패시터 분야 </li></ul><ul><li>전극 활물질 - 기존의 활성탄 소재에서 활성탄 소재의 개선 , 금속산화물 + 활성탄 복합소재 , 전도성 고분자 + 활성탄 복합소재 등 새로운 소재 개발 </li></ul>
  28. 28. 이차전지 핵심기술 분야 <ul><li>2) 고출력밀도 전극 활물질 </li></ul><ul><li>리튬 이차전지 분야 </li></ul><ul><li>음극 활물질 - 탄소 소재 표면 개질 , 입자 형상 / 크기 제어 기술 . 저밀도 / 고출력 / 장수명 우수 나노 입자 Li4Ti 5O 12 계 개발 . </li></ul><ul><li>양극 활물질 - 적용이 대형이므로 고가 LiCoO2 보다 저가이면서도 고출력의새로운 조성 LiNixCoyMnzO2 개발과 , 기존 LiMn2O4 개선 </li></ul><ul><li>슈퍼 커패시터 분야 </li></ul><ul><li>활성탄이 이미 고출력이므로 기술개발 필요성 적음 </li></ul><ul><li>초고출력 분야 활성탄 소재 기공구조 변화 , 전기 전도성 향상 등 개발 </li></ul>
  29. 29. 이차전지 핵심기술 분야 <ul><li>3) 고안전성 전극 </li></ul><ul><li>리튬 이차전지 분야 </li></ul><ul><li>음극 활물질 - 탄소 소재 표면 개질 , Li4Ti5O1 2 계 같은 새로운 고안전성 음극소재에 대한 기술개발 </li></ul><ul><li>양극 활물질 - 고가 LiCoO2 보다 저가 / 고안전성의 기존 LiNi 1/3Co 1/3Mn1/3O2 계 표면 개질 및 개선 , 새로운 조성의 LiNixCoy MnzO2 계 개발 , 기존 산화물계 보다 안전성이 더 우수한 LiFePO4 계에 대한 개발 필요 </li></ul>
  30. 30. 이차전지 핵심기술 분야 <ul><li>4) 고기능성 전극 재료 </li></ul><ul><li>도전재 - 기존 카본블랙 , 아세틸렌블랙 등을 개선하여 단위무게 및 부피당 전기 전도도를 향상으로 적은 양으로 전극성형이 가능하여 에너지 / 출력밀도를 높이는 기술 </li></ul><ul><li>바인더 - 기존 PVdF 계 , SBR 계 , EPDM 계 , PTFE 계 등에서 보다 적은 양으로 결착력 유지 + 전기저항 감소를 위한 개선 및 새로운 바인더 합성 개발 </li></ul><ul><li>그리드 - 음극 구리박판 , 양극 알루미늄 박판 단위 무게 및 부피당 에너지 밀도를 향상 노력 . 두께나 형태를 최적화 . 표면처리를 통하여 전극 활물질과의 결합력 향상에 주력 </li></ul>
  31. 31. 이차전지 핵심기술 분야 <ul><li>5) 고기능성 전해질 </li></ul><ul><li>유기용매 - 현재 EC:DMC:EMC 기반으로 사용온도 제약과 발화 위험 등 안전성 문제점 개선을 위해 난연성 , 저온용 유기용매 , 고온용 유기용매 , 리튬과의 반응성이 적은 안정성 유기용매 개발 중 </li></ul><ul><li>전해질염 - 현재 LiPF6 는 열적 안정성 미흡 + 수분 반응때문에 개선 또는 새로운 전해질염 기술 필요 </li></ul><ul><li>첨가제 - 활물질 표면에 SEI 보호피막 형성 , 과충전 시 Redox 반응으로 안전성을 유지하고 발화 지연되도록 개선 </li></ul>
  32. 32. 이차전지 핵심기술 분야 <ul><li>6) 고기능성 분리막 / 고분자전해질 </li></ul><ul><li>다공성 분리막 - 기존 PE 분리막의 발화 위험 개선을 위한 난연성 분리막 개발 . 단위 공간 내 주입 활물질 양 확대를 위한 두께조정 및 기공도 증가 방안 기술에 주력 </li></ul><ul><li>고분자전해질 - 안전성 향상을 위해 유기용매전해질 용액에 젤형 고분자전해질을 첨가한 리튬이온폴리머 상용화 . </li></ul><ul><li>고체전해질 - 상온에서의 이온전도도가 너무 낮아 응용분야가 박막리튬이차전지에 제한되는 단점 . 박막전지가 RFID, 의료 분야 등 확대가 예상되어 고이온 전도도를 나타내는 고체전해질에 대한 기술개발이 지속적으로 진행 </li></ul>
  33. 33. 활물질 구조와 단장점 자료 : HMC 투자증권 2009.09.29 Nickelate (Layered) LMO (Spinel) LFP (Olivine) Cathode 고용량 , 장수명 Ni, Co 로 높은 단가 안전도 양극재 코팅기술 Cathode 저비용 , 고출력 과충전 안정 구조 저용량 , 망간 용출에 의한 수명 단축 Cathode 뛰어난 안전성 , 수명 적절 용량 3.4V 저출력 니켈계 대비 10% 이상 열세 ) Anode 장수명 , 안전 향상 급속충전 유리 1.5V 고전압 ( 흑연계 0.1V) Titanate 장점 단점 구조 용처
  34. 34. NiCD 전지 시장 자료출처 : IT 총연 2009 년 보고서
  35. 35. 이차전지 세계시장 자료출처 : IT 총연 2009 년 보고서
  36. 36. NiMH 전지 세계시장 자료출처 : IT 총연 2009 년 보고서
  37. 37. LIB 전지 시장 자료출처 : IT 총연 2009 년 보고서
  38. 38. 리튬이온전지 세계시장 <ul><li>2015 년 약 110 억 불 중 차량용 40 억 불로 예상 </li></ul><ul><li>가전용은 단가 하락으로 인해 정체 우려 </li></ul>자료출처 : Nomura, 2009. 3.
  39. 39. 주요 업체 출하량과 시장구도 <ul><li>일본이 50%, 한국 27%, 중국 23% </li></ul><ul><li>Sanyo 22% 로 1 위 , 삼성 SDI 19%, Sony 15%, LG 화학 8% , 중국 BYD 7% </li></ul><ul><li>핸드폰 , 노트북 시장 성장세 포화 </li></ul><ul><li>차량용 본격 고성장 궤도에 진입 전망 - 미국 , 일본 , 중국 , 유럽 등 주도권 다툼 </li></ul>자료출처 : 일본 IIT, 2009.11 267,000 349,500 513,000 513,000 658,200 2008 년 226,900 282,000 411,700 375,300 599,600 2007 년 161,000 198,000 343,100 275,200 503,600 2006 년 LG 화학 BYD Sony 삼성 SDI Sanyo 000 Cells
  40. 40. 적용분야별 시장 자료 : IIT, HMC 투자증권 2009.09.29
  41. 41. 리튬이온 전지 재료비 구성 및 시장 자료 : HMC 투자증권 2009.09.29
  42. 42. 양극 활물질 (Cathode Material) 개발 <ul><li>리튬이온전지 양극 활물질의 용량은 150mAh/g 수준 </li></ul><ul><li>더 작고 오래가는 리튬이온전지 생산하기 위해선 200 mAh/g 이상의 용량을 지닌 양극 활물질의 개발 필요 </li></ul><ul><li>획기적 성능의 Li 화합물 개발은 많은 시간 소요 예상 </li></ul><ul><li>폭발 / 화재 등과 같은 안전성 문제는 과충 / 방전시 LiCoO2 구조가 불안정해지는 요인에 상당 부분 기인 </li></ul><ul><li>보다 싸고 , 높은 출력을 가지며 , 오랜 사용에도 안정한 구조를 충족할 수 있는 Li 화합물 개발은 중대형 전지 개발에 가장 큰 bottleneck 으로 작용할 전망 </li></ul>
  43. 43. 양극 활물질 시장 자료 : HMC 투자증권 2009.09.29
  44. 44. 양극 활물질 (Cathode Material) 개발 <ul><li>Ggraphite, Coke, meso carbon 등 탄소질 물질 주로 사용 </li></ul><ul><li>탄소질 재료 가장 널리 사용 중 . 리튬의 표준전극 전위에 근접한 전위 , 부피 / 무게당 에너지 밀도가 높아야 하며 , 뛰어난 사이클 안정성 및 고속 충 / 방전에 견딜 수 있어야 함 </li></ul><ul><li>용량 확대를 위해서는 음극 활물질 성능 향상 필요 </li></ul><ul><li>리튬 이차전지는 지금보다 최소 두 배 이상의 용량을 가져야 하며 , 이를 위해선 새로운 음극 활물질 필요 . 최근 Si 이용 용량을 4 배 이상 증가 시킬 수 있는 물질 개발 중 . Nano 기술이 적용된 탄소 재료들이 등장하고 있으나 고가로 상용 제한 </li></ul>
  45. 45. 음극 활물질 시장 및 개발 박막 전지의 Flexible 한 특성 향상에 관한 연구개발대량생산을 위한 기반 마련안정성 문제와 사이클 성능의 향상 필요 단위부피당 충전능력이 분말 소재에 비해 떨어짐제조원가가 분말 소재에 비해 3 배 높음 ( 매우 낮은 원가경쟁력 ) 박막 탄소계 재료 혹은 Metal 과복합재료 구성 ( 부피팽창에 따른 저항감소 완화 ) 실리콘 재료의 상용화를 위한 기술개발 필요 높은 이론 용량 :4,000mAh/g 낮은 용량을 극복할 신소재로 주목충방전시 급격한 부피 팽창으로 사이클 성능 저하 실리콘계 산업화 가능한 재료 합성 공정 개발낮은 이론 용량을 극복하기 위한 신소재 개발 필요우수한 사이클 특성을 활용한 복합재료 개발 필요 상용화된 음극 핵심 소재낮은 이론 용량 :372mAh/g 자료 합성에 관한 대부분의 원천기술을 일본이 보유 탄소계 개발방향 문제점및 현재 상황 주요소재
  46. 46. 분리막 시장과 LIB 분리막 역할 <ul><li>양극 / 음극 사이에서 리튬이온을 전달하는 역할 . 대전류가 흐를 때 기공을 막아 전지회로를 차단하는 안전장치 기능 </li></ul><ul><li>작동 온도에서 높은 이온 투과도 및 낮은 전기 저항 </li></ul><ul><li>양극과 음극에 대한 전기적인 절연체 </li></ul><ul><li>전해질 용액에 대한 화학적 안정성 </li></ul><ul><li>고용량화를 위해 고밀도 충진이 가능하기 위한 얇은 막 두께 </li></ul><ul><li>폴리에틸렌 , 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 다공막들이 분리막으로 사용되고 있음 </li></ul>
  47. 47. 분리막 시장과 LIB 분리막 역할 낮은 저항과 높은 기공도가 유리 저항 , 기공크기 수명 필터구조 및 내구성과 연관 필터구조 자가방전 저항 낮을수록 급속충전 가능 저항 충전속도 저항 낮을수록 유리 , 두께 및 기공도와 연관 저항 성능 얇을수록 전지용량 증가 두께 용량 비고 분리막 전지
  48. 48. 한국 시장 <ul><li>2000 년 4.3 억 원 2008 년 1 조 4 천억 원 규모 성장 연평균 성장률 15.7% </li></ul><ul><li>2 차전지 분야 삼성 SDI, LG 화학 , SKC, 새한 , 코캄 등 참여 </li></ul><ul><li>리튬이온전지는 삼성 SDI, LG 화학 1999 년도부터 양산 시작 </li></ul>자료출처 : 통계청 , 광공업 동태조사 [ 품목별 , 2005~2009. 10,265 5,838 5,894 4,209 3,564 재고량 6,070 3,793 4,781 0 0 수출 120,625 146,631 169,265 129,469 128,541 내수   126,695 150,424 174,046 129,469 128,541 출하량 108,116 125,089 152,664 123,676 129,831 생산량 2009(9)) 2008 2007 2006 2005 000 Cells
  49. 49. 한국 시장 연도별 추이 자료분석 : ㈜ 밸류애드 , 2009.11 생산량 출하량 18000 16000 14000 12000 10000 0 단위 만 개 2005 2006 2007 2008 17.77% 5,314 7.79% 151,313 0.57% 133,810 2006-2008 17.88% 4,876 5.38% 145,620 -1.23% 132,815 2005-2008 연평균성장 연평균 연평균성장 연평균 연평균성장 연평균 재고량 출하량 생산량 구분
  50. 50. 한국 2차 전지 수입 리튬포리머 리튬이온 니켈수소 니켈카드뮴 납축전지 6 억불 5 4 3 2 1 0 자료출처 : IT 총연 2009 년 보고서 00 01 02 03 04 05 06 07 2008
  51. 51. 시장 리더 실적 자료출처 : 각 사업체 , “ 사업보고서” , 2009.11 14,398 18,507 9,856 합계 712 793 542 내수 13,686 17,714 9,314 수출 이차전지 및 기타 2009 년 3 분기 2008 년도 2007 년도 삼성 SDI 억 원 431,150 8,847 624,589 11,377 496,287 11,701 합계 1,757 77 2,731 173 3,604 268 이륜용 87,568 910 141,325 1,405 115,872 1,466 산업용 341,825 7,860 480,533 9,799 376,811 9,967 차량용 금액 수량 금액 수량 금액 수량 2009 년 3 분기 2008 년 2007 년 세방전지 천대 , 백만 원
  52. 52. 기타 업체 실적 자료출처 : 각 사업체 , “ 사업보고서” , 2009.11 99 18,010 10,152 코디에스 23 22,764 17,301 이피코리아 97 24,861 25,022 세방 하이테크 108 29,055 26,487 에코프로 112 38,175 34,938 세방산업 13 49,045 23,791 보스트홀딩스 240 56,276 49,127 동아전지㈜ 465 407,861 308,878 아트라스비엑스 790 624,589 496,287 세방전지 472 750,085 904,109 영풍 2008 2008 2007 종업원 매출액 ( 백만 원 )       배트로닉스       이엔켐       한국유미코아 20     셀맥 32   1662 에스에프씨     6,152 네스캡 4 7,878   디케이로케트 59 8,617 10,053 에너그린 45 9,247 6,820 남일전지상사 108 15,266 11,213 일광캔테크 2008 2008 2007 종업원 매출액 ( 백만 원 )
  53. 53. 소재업체 구성도 시장 관심도 음극 활물질 양극 활물질 Hitachi Chemical, Nippon carbon, JFE, BTR 소디프신소재 , 카보닉스 등 Nichia, Umicore, AGC Seimi Chemical, Tanaka, Toda Kygyo 엘앤에프 , 휘닉스피디이 , 에코프로 , 대정화금 , 새한미디어 등 음극 전구체 양극 전구체 국내 : 코스모화학 진입여부 등에 관심 (TiO2 는 양극도 가능 ) 국내 : 에코프로 , 새로닉스 , 대정화금 등 관심고조 분리막 : Asahi Kasei, Celgard, Tonen Specialty, Ube Industries, Sumitomo , Entek, SK Energy, 이엔테크 전해액 : Ube Industries, 3M, Mitsubishi Chemical, Tomiyama Pure Chem, Zhangjiagang Guotai-Huarong, 테크노세미켐 , 제일모직 등 자료 : HMC 투자증권 2009.09.29
  54. 54. 한국 2차 전지 산업화 지원 자료 : HMC 투자증권 2009.09.29
  55. 55. 한국 2차 전지 산학연 자료 : HMC 투자증권 2009.09.29
  56. 56. 한국 2차 전지 기술사업 및 참여기업 자료 : HMC 투자증권 2009.09.29 초고용량 2 차 전지 개발 핵심소재 및 상용화 기술 개발 하이브리드 전기자동차용 고출력 전지개발 삼성 SDI 제일모직 소디프 신소재 테그노 세미켐 한국화학연구원 LG 화학 앨엔에프 소디프 신소재 넥센나노텍 LG 화학 한국 Umicore 소디프 신소재 SK 에너지 율촌화학 삼성 SDI 에코프로 근우산업 현재자동차 LS 카보닉스 삼성 SDI 대과제 세부 주관기관 참여기업 전지개발 사업관리 전지 및 전극판 설계 양극소재 개발 음극소재 개발 전해액 개발 사업관리 직접 가교형 전해질 탑재 롤리머전지 개발 LFP 양극소재 상용화 고안전 C-S 복합 음극제 캐피시터용 탄소계 복합소재 사업관리 및 시스템 개발 양극소재 개발 음극소재 개발 분리막 개발 Package 개발 세부과제명
  57. 57. 야마토 전자㈜ www.yamato-elc.com 와이이케이코리아 www.yekglass.com ☎ 82-70-7560 앰브로㈜ ☎ 82-70-7560-2967 ● AM OLED 와 DSSC 솔라셀에 최상의 SEALING FRIT 솔루션 ● ● 3D 윈도우 글래스 성형 ● 2 차 전지 음극제 ● 문의 : jaheelee@dreamwiz.com

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