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전고체전지와 고체 전해질: 개발 동향 및 시장 전망

투자 보고서 2024년 10월 16일
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목차

  1. 도입부
  2. 전고체전지: 시장 전망 및 주요 업체 개발 동향
  3. 고체 전해질: 종류와 기술 발전
  4. 전고체전지의 상업화 도전과 전망
  5. 결론

1. 도입부

  • 이 보고서는 전고체전지와 고체 전해질의 개발 동향과 저명한 기업들의 기술 및 시장 위치를 통해 향후 발전 가능성과 투자 기회를 분석합니다.

2. 전고체전지: 시장 전망 및 주요 업체 개발 동향

  • 2-1. 전고체전지 시장 규모 및 성장률 전망

  • 전고체전지 시장은 2021년 2.1GWh에서 오는 2030년 160.1GWh로 폭발적인 성장이 예상됩니다. 시장 전문가들은 2035년부터 전고체전지가 대세화될 것이라고 분석하고 있습니다. 이러한 매출 증가의 핵심 요인은 고체 전해질의 장점으로, 화재 위험을 줄이고 배터리 용량을 증대시키는 데 기여할 것입니다.

연도전고체전지 시장 규모 (GWh)성장률 (%)
20212.1N/A
2030160.1N/A

  • 이 표는 전고체전지의 시장 규모와 성장 예측을 요약합니다.

  • 2-2. 기술개발의 주요 업체: LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등

  • 국내 배터리 3사인 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온은 전고체전지 개발에 박차를 가하고 있습니다. 삼성SDI는 경기도 수원시에 전고체 전지용 파일럿 라인을 착공하였고, LG에너지솔루션은 두 종류의 전고체 전지를 개발 중입니다. SK온은 미국의 솔리드파워와 기술 개발 협력에 나섰습니다.

업체명주요 기술 개발양산 시점
LG에너지솔루션고분자, 황화물계 전고체전지 개발2026, 2030
삼성SDI파일럿 라인 구축2027
SK온솔리드파워와 협력2027

  • 이 표는 주요 기업의 기술 개발 현황과 양산 시점을 요약합니다.

  • 2-3. 글로벌 현황: 일본 토요타, 미국 퀀텀스케이프 등

  • 일본의 토요타와 미국의 퀀텀스케이프는 각각 2025년과 그 이전에 전고체 배터리를 상용화할 계획입니다. 토요타는 전기차용 전고체 전지 실증 라인을 2024년에 가동할 예정이며, 퀀텀스케이프는 폭스바겐과의 협력을 통해 독일 현지에서 전고체 배터리를 개발 중입니다. 일본의 니산 또한 NASA와 협력하여 2024년에 실증 생산라인을 가동할 예정입니다.

국가업체명양산 시점
일본토요타2025
미국퀀텀스케이프2025
일본니산2024

  • 이 표는 글로벌 주요 업체의 전고체전지 양산 시점을 요약합니다.

3. 고체 전해질: 종류와 기술 발전

  • 3-1. 고체 전해질의 종류와 기술 동향

  • 고체 전해질은 다양한 화학 조성을 기반으로 개발되고 있으며, 특히 황화물계와 산화물계 고체 전해질이 주목받고 있습니다. 대한환경공학회에 따르면, 황화물계 전고체 전지 기술은 기존 리튬이온 배터리의 한계를 극복하여 안전성과 성능에서 많은 개선을 가져올 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

전해질 종류특징현재 개발 현황미래 전망
황화물계고 이온전도성 및 안정성LGPS, 아지로다이트 등에서 개발됨2027년 상용화 예상
산화물계철저한 고온 안정성최근 하이브리드 고체전해질 연구 활발비용 효율성 개선 요구됨
고분자계유연성과 가벼움상용화 초기 단계응용 가능한 분야 확대 필요

  • 이 표는 고체 전해질의 종류 및 각 전해질의 기술 동향과 미래 전망을 요약합니다.

  • 3-2. 안전성과 이온전도성 개선 연구

  • 서울대학교 재료공학부 강기석 교수팀은 고 안전성 및 고 이온전도성을 가진 신규 염화물 고체 전해질 개발 전략을 제시했습니다. 이들은 금속 이온 배열을 조정하여 이온전도성을 향상시키고 있으며, 염화물 고체 전해질이 안전성 및 성능 면에서 유망하다는 점을 강조하고 있습니다.

전해질 유형이온전도도안전성기계적 변형성
황화물계>10-3 S/cm제한적강한 기계적 성질
산화물계>10-3 S/cm양호우수한 기계적 특성
염화물계개선 중높은 안정성 기대연구 중

  • 이 표는 다양한 고체 전해질의 이온전도도와 안전성에 대한 비교를 제공합니다.

  • 3-3. 국내외 고체 전해질 개발 현황

  • 전 세계적으로 고체 전해질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 주요 기업들이 연구개발에 상당한 투자를 하고 있는 상황입니다. 이에 따라 다양한 고체 전해질 소재의 개발과 상용화가 급속히 이루어지고 있습니다. 특히, 한국의 여러 기업들이 전고체전지 사업팀을 신설하고 기술 경쟁력을 강화하기 위한 노력을 기울이고 있습니다.

국가주요 기업개발 진행 중인 고체 전해질상용화 시점
한국삼성SDI, LG화학황화물계, 산화물계2027년 목표
미국테슬라, 애플고온 안정성 개선 연구2025년 목표
일본파나소닉다양한 고체전해질2026년 목표

  • 이 표는 주요 국가와 기업들의 고체 전해질 개발 현황을 요약합니다.

4. 전고체전지의 상업화 도전과 전망

  • 4-1. 전고체전지의 상업화 주요 과제

  • 전고체전지의 상업화 과정에서 가장 큰 도전 중 하나는 개발된 소재와 제조 기술의 상용화입니다. 현재 리튬이온전지는 성능이 지속적으로 향상되고 있으나, 기계적 손상이나 과충전으로 인한 폭발 위험성 등이 문제로 지적되고 있습니다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 전고체전지 기술의 필요성이 대두되고 있으며, SNE Research는 전 세계 전고체전지 시장이 2030년까지 400억 달러에 이를 것으로 예측하고 있습니다.

  • 4-2. 전고체전지 제조기술: 삼성전기 및 기타 주요 기업

  • 삼성전기는 산화물계 초소형 전고체 배터리를 개발하여, 웨어러블 기기에서의 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이 기술은 전해질을 고체로 구성하여 화재 위험이 적고, 사이즈를 소형화하는 데 성공하였습니다. 다른 글로벌 제조사들 또한 전고체 배터리의 연구와 상용화에 적극 투자하고 있습니다.

회사제품명특징상용화 계획
삼성전기산화물계 전고체 배터리고체 전해질2026년 양산 예정
Toyota전고체 배터리향상된 안전성 및 에너지 밀도상용화 연구 중
SES리튬 전고체 배터리우수한 충전 성능상용화 계획 수립 중
Solid Power전고체 배터리고온 및 저온에서의 성능 개선양산 목표 2025년

  • 이 표는 주요 글로벌 업체의 전고체 배터리 개발 현황을 요약합니다.

  • 4-3. 전고체 배터리 셀 제조 기술 비교

  • 전고체전지의 제조 기술은 기업마다 다소 차이를 보이며, 이를 비교하여 각 기술의 장단점을 파악하는 것이 중요합니다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용하여 리튬이온전지 대비 안정성이 높고, 에너지 밀도 및 충전 속도가 개선되는 장점이 있습니다. 이에 따라 제조 공정에서도 기존 리튬이온 배터리와는 다른 접근 방식이 필요합니다.

5. 결론

  • 전고체전지와 고체 전해질은 차세대 배터리 기술로서 큰 잠재력을 가지고 있으며, 각종 산업 분야에서의 응용 가능성을 높이기 위해 다양한 연구와 개발이 이루어지고 있습니다. 이러한 기술 혁신은 기술적 한계를 극복하고 상용화를 가속화하는 중요한 기폭제가 될 것입니다.

6. 용어집

  • 6-1. 전고체전지 [배터리 기술]

  • 전고체전지는 고체 전해질을 사용하는 차세대 배터리 기술로, 높은 안전성과 에너지 밀도가 특징입니다. 최근 전기자동차 및 다양한 전자기기 산업에서 활용 가능성이 주목받고 있습니다.

  • 6-2. 고체 전해질 [배터리 소재]

  • 고체 전해질은 차세대 전고체전지의 핵심 소재로, 이온전도성, 기계적 안정성, 화학적 안정성 등의 특성이 중요합니다. 황화물계, 산화물계, 고분자계 등이 있으며 각각 특유의 장단점을 가지고 있습니다.

7. 출처 문서