안전하고 자유 변형이 가능한 전고체 전지 기술

B05

 특허기술명 :자유변형 전고체 전지외 15건 

Safe and freely deformable solid-state Battery Technology

TRL5 :유사환경시험단계

한줄 기술 요약

 

  • 고체 고분자 전해질을 적용한 적층 구조의 파우치 타입 전고체 전지에 관한 기술
  •  1 mm 이하의 두께로 얇게 제작되어 구부리거나 자르는 등 극한의 변형에도 정상 작동하는 자유 변형이 가능한 전고제 전지임

개발배경 및 해결과제

  • 한국기초과학지원연구원이 한국화학연구원 등과 협력하여 2015년부터 개발하였으며, 2020년 기술개발 및 시제품 제작을 완료
  • 적층 설계를 통해 100 ~ 500 mAh 급 전고체 전지 제작이 가능하여 어린이 장난감, 웨어러블 전자기기, 헬스케어 기기, 사물인터넷에 바로 적용 할 수 있음

기술의 우수성

  • 500 mAh 급 제품 제작이 가능한 전고체 전지 (최초의 풀셀 타입 전고체 전지)  
    • 가연성의 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하여 발화 및 폭발의 가능성이 없는 안전한 이차전지
    • 대용량/대면적의 풀셀 제작이 가능하고, 자유변형에 의한 디자인 자유도가 높은 완성형 전고체 전지
    • 기존 이차전지 소재의 적용이 가능하고, 기존 공정 설비를 그대로 사용할 수 있는 즉시 산업화 가능한 전고체 전지 기술

기술의 차별성

  • 자유변형이 가능하며, 경량 안정성 확보
    • 1mm 이하의 두께로 얇게 제작되어 구부리거나 자르는 등 극한의 변형에도 폭발/발화 없이 정상적으로 작동
    •  200 회 이상의 충·방전 및 1,000 회 이상의 굽힘 테스트에도 90 % 의 용량을 유지하는 안정성 있는 전고체 전지
    •  경량이며,  다양한 폼펙터로 활용 가능
    • 대용량/대면적의 풀셀 전고체 전지 가능
    •  상용화을 위한 제품개발 기간의 단축과 신규 설비 투자 비용이 절약

개발현황

  • 전고체 전지용 전극 소재 기술
    • in-situ 분석기술 적용하여 최적의 구조/조성을 갖는 전고체 전지용 전극 소재 기술 확보
  • 고이온전도 고체 고분자 전해질 소재 기술
    • 전고상 고분자 전해질
      설계 및 합성

개발현황 2

 

  • 고이온전도 고체 고분자 전해질 소재 기술
    • 전고상 고분자 전해질
      설계 및 합성

개발현황 3

  • 차세대 플렉서블 집전체
    • 고분자 네트워크 기반
      플렉서블 집전체 개발

개발현황 4

  • 복합전극적층 셀 조립 기술
    • 고성능을 위한 복합전극 및 적층셀 설계

활용분야

 

  • 소형 전자기기 적용 분야: 사물인터넷, 웨어러블 전자기기, 헬스케어 기기, 어린이용 장난감 등

적용제품

  • 웨어러블 전자기기, 헬스케어 기기 분야
  • 전기자동차, 에너지 저장장치
  • 화재 현장, 우주 및 극지 탐험 등 특수 분야

관련특허정보- 1단계

  • 자유변형 전고체 전지 기술로, 상용 소재를 이용하여 일정 성능 이상의 전고체 전지를 제조할 수 있는 공정 노하우 포함
  • 출원특허 4건

    등록특허 2건

관련특허정보- 2단계

  • 전고체 전지에 최적화된 소재 기술로, 일반 상용화된 액체 전해질 기반 이차전지에 상응하는 수준의 성능 구현
  • 추가 연구개발 필요(1~2년)
  • 등록특허 6건

관련특허정보- 3단계

  • 전고체 전지에 최적화된 소재 기술로, 전기자동차. 에너지저장시스템 등에 적용 가능한 고에너지밀도/고성능 구현 가능
  • 추가 연구개발 필요(2년 이상
  • 등록특허 4건

시장전망

  • 리튬이온 이차전지는 5~10년 이내에 성능 혁신의 한계에 다다를 가능성이 높다고 예측되며, 차세대 이차전지에 대한 기대가 큼
  • 글로벌 전고체 전지 기술시장은 연평균 34.2% 의 성장률을 보이며 ‘19년 6,420만 달러에서 ‘27년 4억 8,250만 달러로 확대될 것으로 전망

시장전망 2

  • 일본의 토요타 자동차는 2022 년 전고체 전지를 탑재한 전기자동차를 선보일 계획을 발표. 국내 기업 중 LG화학 및 삼성SDI는 2025~2026년 상용화를 목표로 전고체전지를 개발 중이며, 현대자동차그룹은 2025년에 전고체 전지를 사용하는 전기자동차를 양산할 계획