화석연료 대체, 에너지절약 촉진 및 환경보존을 위하여 세계 각국은 효율적으로 에너지를 저장하고 활용하기 위해 전기자동차, 스마트그리드 등의 기술개발에 매진하고 있으며, 각국 정부는 태양광, 풍력 등 재생에너지의 보급을 확대하려는 정책을 시행하고 있다.

에너지원의 다변화와 함께 청정에너지를 이용한 분산전력 시스템을 적극적으로 도입하고 있으며, 지속적인 고품질 전력에 대한 요구가 증대되고 있는 전력산업의 현 상황과 차세대 그린카의 기술개발과 도입이 필수적인 완성차업체의 상황에서 고효율 중대형 2차전지의 개발은 피할 수 없는 당면과제일 것이다.

xEVs에 있어서 구동시의 전력공급, 제동시의 에너지회수와 저장을 주행상태에 맞추어 순간적으로 행하는 2차전지의 활용은 에너지의 고효율이용에 불가결한 요소이고, 풍력발전이나 태양광 발전과 같은 재생에너지의 출력안정화와 심야/공휴일 등의 경부하(輕負荷)시에 이산화탄소 배출량이 적은 전력에너지를 저장하여 두었다가 중부하(重負荷) 시간대에 효율적인 계통연계 운전을 가능케 하는 MWe급 ESS의 도입은 더 이상 늦출 수가 없는 현실이다.

2차전지 산업은 기존의 IT산업외에, 자동차산업, 산업용기계, 부품소재산업, 전력저장장치 등 다양한 산업적 관점에서 높은 성장 가능성을 보이고 있으며, 우리나라는 비교적 높은 산업 경쟁력을 가지고 있어, 새로운 성장 동력으로서의 기대를 받고 있지만 여전히 주요 핵심부품 소재의 국산화율 제고가 필요한 실정이다.

이에, 급격히 성장하고 있는 글로벌 2차전지 시장의 전반적인 기술 시장의 트렌드와 전망, 대표적인 고효율 중대형 2차전지인 자동차용 Battery와 ESS(Energy Storage System)용 Battery 의 R&D 및 시장 상황, Value Chain별 있어서 주요 업체들의 기술, 제품 및 현황을 살펴봄으로써 현재의 고효율 중대형 2차전지 기술 및 시장동향과 그 전망에 대하여 알아보고자하였다.

또한 근래에 급격히 성장하고 있는 중국의 2차전지 시장과, 고효율 중대형 2차전지 R&D 동향에 대하여 알아보고, 향후 전망에 대하여 살펴보았다.

특히, 대표적인 고효율 중대형 2차전지라고 볼 수 있는 Lithium-ion 계열 2차전지의 소재 및 기술 개발에 대하여 살펴보고, 아직 상용화되지는 않았지만 활발하게 연구되고 있는 차세대 고효율 2차전지의 가능성도 검토해 보았다.

모쪼록, 본서가 향후 다양하게 확대될 배터리 비즈니스를 준비하는 모든 분께 조금이나마 도움이 되길 기대해 본다.

2015년 06월 25일
CHO Allianc

Ⅰ. 고효율 중대형 2차전지 시장 동향과 전망 39

1. 전지의 정의 및 개발연혁 39
1-1. 전지의 정의 39
1-2. 전지의 개발과 시장의 변화 41
1-3. 고효율 2차전지 정의와 범위 45
1) 정의 45
2) 범위 45
3) 세부 기술내용 45
1-4. 전지의 주요 소재 및 구성 47
1) 전지의 주요 소재 47
2) 전지의 구성 48
1-5. 전지의 분류 및 종류별 특징 49
1) 전지의 분류 49
2) 주요 2차전지의 특징 및 비교 50

2. 고효율 중대형 2차전지 시장동향 및 전망 52
2-1. 주요 용도별 시장동향 및 전망 52
1) ESS(Stationary,고정형) 2차전지 54
(1) ESS의 정의 및 분류 54
(2) ESS의 주요 기술 56
(3) ESS의 국내외 시장 및 정책 동향 57
가. 국내동향 58
나. 국외동향 62
(4) 다양한 ESS의 글로벌 시장 전망 69
가. LG 경제연구원의 시장 분석 및 전망 70
나. Navigant Research의 세계시장 전망 78
다. 일본 후지경제의 세계시장 전망 87
2) Electric Powertrain용 2차전지 89
(1) Electric Powertrain용 2차전지 개요 90
가. Electric Powertrain용 2차전지의 조건 90
나. Electric Powertrain용 2차전지 종류별 비교 93
다. 주요 완성차업체별 대응전략 94
(2) 주요 xEVs용 2차전지 시장동향 및 전망 102
가. HEV용 2차전지 104
나. PHEV용 2차전지 107
다. EV용 2차전지 108
라. Micro HEV용 2차전지 109
마. Micro EV용 2차전지 111
3) 2차전지업체의 전기차 시장 대응전략 111
(1) 업체 간 제휴 활성화 111
(2) 표준화 대응 강화 112
(3) 선택과 집중을 통한 경쟁력 확보 112
(4) 복잡성이 커진 시장 113
2-2. Lithium-Ion Battery(LIB) 시장동향 및 전망 115
1) Lithium 세계시장 동향 115
(1) 글로벌 리튬 공급 115
가. 주요 리튬 광산 115
나. 리튬의 주요용도 118
다. Lithium과 LIB Value chain 118
2) LIB 재료의 국내외 기술/시장동향 121
(1) 국내동향 121
가. 전해질 및 첨가제 기술 122
나. 분리막 기술 125
(2) LIB 재료의 세계 시장 동향 126
가. 일본 후지경제의 LIB 2차전지재료 세계시장 조사결과 127
나. 일본 야노경제연구소 LIB 2차전지 재료 세계 시장 조사결과 131
3) 변화하는 LIB 시장 133
(1) LIB 적용 영역 확장 133
(2) 산업기기에 적용되는 LIB 134
가. 산업기기의 특징 135
나. 산업기기의 분류 136
다. 산업기기 2차전지 시장의 변화 137
라. 2차전지 솔루션 기업의 대응전략 139
(3) 중국시장의 급격한 성장 142
가. 중국 LIB 산업 Value Chain 현황 142
나. 중국 리튬 이온 전지 산업동향 분석 및 전망 144
다. 중국 리튬 이온 전지 산업 발전 Trend 148
4) LIB 세계시장 전망 150

Ⅱ. 2차전지 관련 핵심기술 동향과 개발 전략 155

1. 주요 2차전지 관련 핵심기술 R&D 동향 155
1-1. 국내외 2차전지 관련 핵심기술 R&D 동향 155
1-2. 2차전지 종류별 핵심기술 R&D 동향 156
1) Lithium-based 계열 Battery 156
(1) 주요 Lithium-ion Type 160
가. Lithium Cobalt Oxide(LiCoO2) 161
나. Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) 162
다. Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide 162
라. Lithium Iron Phosphate(LiFePO4) 163
마. Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (LiNiCoAlO2) 164
바. Lithium Titanate (Li4Ti5O12) 165
(2) Lithium-ion Battery cell 166
가. 양극 활물질 169
나. 음극 활물질 175
다. 전해질 178
라. 분리막 181
(3) Lithium-ion Battery Pack의 구성 184
가. 직렬(Series) 구성 184
나. 병렬(Parallel) 구성 185
다. 직/병렬 연결 185
라. Smart Battery Pack의 구성 186
2) Nickel 계열 Battery 189
(1) Nickel-Cadmium (NI-CD) Battery 189
(2) Ni-MH Battery (니켈수소전지) 191
3) Lead Acid Battery 194
(1) 일반적인 납축전지 194
(2) VRLA 전지 195
(3) AGM VRLA 전지 197
(4) Lead-carbon Battery 198
4) Sodium Sulfur (NaS) Battery 199
(1) NaS Battery 개요 199
(2) NaS Battery의 새로운 제조공법 200
5) Redox Flow Battery 201
(1) RFB(Redox Flow Battery) 개요 201
(2) Zinc-Polyiodide 산화환원 흐름전지 202
6) Supercapacitor 204
(1) Capacitor 개요 및 특징 204
가. Capacitor 개념 및 동작원리 204
나. 주요 Capacitor 특징 및 구조 206
(2) Supercapacitor 개요 및 분류 209
가. EDLC 211
나. Hybrid Supercapacitor 213
(3) Supercapacitor 주요 용도 218
(4) Supercapacitor 개발동향 218
가. 국내 동향 218
나. 해외 동향 220
(5) Supercapacitor 시장 전망 224
가. 용도별 시장전망 224
나. 용량별 시장전망 226

2. 차세대 고효율 2차전지 개발동향 227
2-1. Lithium-Sulfur Battery(LSB) 개발동향 228
1) 리튬-황 배터리의 기술 개요 228
(1) 작동 원리 228
(2) 리튬-황 배터리의 전압 특성 229
2) 리튬-황 배터리의 한계점 231
(1) 전기적 전도도 231
(2) 충/방전 시의 배터리 부피 팽창 및 수축 231
(3) 폴리 설파이드의 용해로 인한 배터리 내부 반응 232
(4) 집전체와 황과의 반응 233
(5) 폴리설파이드와 유기용매와의 반응 233
(6) 폴리설파이드와 리튬-염과의 반응 234
3) 리튬-황 배터리 연구 동향 234
(1) 양극 개발 동향 235
(2) 음극 개발 동향 247
(3) 전해질 개발 동향 251
(4) 분리막 개발 동향 255
2-2. 리튬 공기전지 개발동향 258
1) 리튬공기전지의 개요 및 특성 258
(1) 비수용성 시스템의 전해질 259
(2) 비수용성 시스템용 공기 Cathode 260
(3) 수용성 리튬-공기 시스템 261
2) 국내 연구동향 262
3) 해외 연구동향 263
(1) 리튬연료전지 타입 리튬공기전지 263
(2) 고체무기화합물 전해질 타입 리튬공기전지 264
(3) 겔 타입 리튬공기전지 265
(4) 알루미늄-공기 전지 265
(5) 고효율 리튬-공기 배터리를 위한 전해질의 맞춤 제작 267
2-3. 기타 차세대 2차전지 개발동향 269
1) 마그네슘 이온을 이용한 차세대 2차전지 269
2) 알루미늄-이온 배터리 269
3) 차세대 나트륨 이온 전지 270
(1) 나트륨 이온의 삽입 효율 개선 270
(2) 나트륨 이온 전지의 마이너스 극 272
4) 액체 금속 배터리 273

3. 이차전지 관련 기술개발 과제와 연구테마 275
3-1. 2015년도 녹색산업선도형 이차전지 기술개발 사업 275
1) 전기자동차용 고에너지밀도 30kWh급 리튬이온이차전지 팩 개발 275
(1) 필요성 275
(2) 연구목표 275
(3) 지원내용 276
2) 고온 특성이 우수한 차량 SLI용 12V LIB 팩 개발 276
(1) 필요성 276
(2) 연구목표 276
(3) 지원내용 277
3) 재활용을 통한 고출력 LIB용 층상계 고용량 양극소재 제조기술 개발 278
(1) 필요성 278
(2) 연구목표 278
(3) 지원내용 279
4) EV용 4.35 V 고속충전(30분 이하, 80% 충전) 리튬이온전지기술개발 279
(1) 필요성 279
(2) 연구목표 279
(3) 지원내용 280
5) 중대형 이차전지 국가 전략로드맵 280
(1) 필요성 280
(2) 연구목표 281
(3) 지원내용 281
6) 비리튬계 이차전지 사업화 전략 연구 281
(1) 필요성 281
(2) 연구목표 282
(3) 지원내용 282

Ⅲ. 고효율 중대형 2차전지 관련 주요업체 사업 동향 285

1. 국내 주요 사업 참여업체 사업동향과 전략 285
1-1. ㈜LG화학 285
1) 일반 현황 285
2) 기술 현황 286
(1) Battery 연구소 286
(2) xEVs용 Battery 개발 연혁 287
(3) ESS용 Battery 289
3) Products 289
(1) xEVs용 Lithium-ion Battery 289
(2) 소형 Lithium-ion Battery 솔루션 291
(3) ESS용 Lithium-ion Battery 292
(4) BMS(Battery Management System) 296
(5) 2차전지 소재 297
4) 최근 동향 298
(1) 자동차용 Battery 관련동향 298
(2) ESS 관련동향 301
(3) 특허 관련동향 306
1-2. 삼성SDI(주) (SAMSUNG SDI Co., Ltd.) 308
1) 일반 현황 308
2) 기술 현황 308
(1) 삼성SDI중앙연구소 308
(2) 주요 연구 분야 309
(3) 미래 기술 로드맵 310
3) Products 310
(1) Energy Storage System (ESS) 310
(2) 자동차용 2차전지 316
4) 최근 동향 319
1-3. ㈜코캄 (Kokam Co., Lrd.) 323
1) 일반현황 323
2) 기술 현황 323
(1) Superior Lithium Polymer Battery (SLPB) 323
(2) 특허 정보 324
3) Products 324
(1) SLPB Cell 324
(2) Battery Module/Pack 328
(3) KRI/KRO Standard Rack 331
(4) 가정용/소형건물용 ESS 333
(5) Kokam Rack System (KRS) 338
(6) Kokam Containerized Energy Storage System (KCE) 340
(7) CES (Community Energy Storage) 342
(8) 설치사례 343
4) 최근 동향 344
1-4. SK이노베이션(주) 348
1) 일반 현황 348
2) 기술 현황 349
(1) Lithium-ion Battery 개발 연혁 349
(2) 종합 기술 연구소(SKIGT) 349
(3) Lithium-ion cell 350
(4) Lithium-ion cell Separator(분리막) 350
3) Products 351
(1) Lithium-ion Battery Module & Pack 351
(2) BMS 351
(3) ESS (Energy Storage System) 352
4) 최근 동향 352
1-5. 세방전지(주) (GLOBAL Battery Co., Ltd.) 355
1) 일반 현황 355
2) 기술 현황 355
(1) 연구소 355
(2) 보유 특허 356
(3) 밀폐식 Ni-MH Battery 356
3) Products 358
4) 최근 동향 362
1-6. 에너테크 인터내셔널(주) (Enertech International Inc.) 363
1) 일반 현황 363
2) 기술 현황 363
3) Products 365
(1) 전극 (Electrode) 365
(2) Lithium-ion polymer Battery cell 365
(3) Large Format Cell 366
4) 최근 동향 367
1-7. ㈜이아이지(EIG) 368
1) 일반 현황 368
2) 기술 현황 369
(1) R&D 연혁 369
(2) ePLB 369
3) Products 370
(1) ePLB-Cell 370
(2) Electrode 371
(3) ePLB-Module 372
4) 최근 동향 373
1-8. ㈜벡셀 374
1) 일반 현황 374
2) 기술 현황 375
3) Products 376
1-9. 비나텍(주) (Vinatech Co., Ltd.) 378
1) 일반 현황 378
2) 기술 현황 378
3) Products 379
(1) EDLC 379
(2) P-EDLC 380
(3) Supercapacitor Module 381

2. 북미 주요 사업 참여업체 사업동향과 전략 384
2-1. A123 Systems LLC. 384
1) 일반현황 384
2) 기술 현황 384
(1) Nanophosphate? LiFePO4 Battery Technology 384
(2) Nanophosphate EXT™ LIB technology 385
(3) Energy Storage Systems Technology 386
3) Products 386
(1) Cells 386
(2) Modules 387
(3) Systems 389
4) 최근 동향 392
(1) 합작사업 동향 392
(2) 운송분야 392
(3) 전력망 분야 393
2-2. AllCell Technologies 395
1) 일반현황 395
2) 기술 현황 395
3) Products 397
(1) Electric Bike용 Li-Ion battery Pack 397
(2) ESS Modules 399
4) 최근 동향 401
2-3. Bostonpower Inc. 402
1) 일반현황 402
2) 기술 현황 402
3) Products 404
(1) Lithium-ion Battery Products (Cells, blocks, Modules) 404
(2) Customized Battery Modules 406
4) 최근 동향 408
2-4. Coda Energy 410
1) 일반현황 410
2) Products 410
3) 최근 동향 411
2-5. LG Chem. Michigan Inc. (LGCMI) 412
1) 일반현황 412
2) 기술 현황 412
3) Products 414
4) 업체 동향 414
2-6. Delphi Automotive PLC 416
1) 일반현황 416
2) 기술 현황 416
3) Products 418
4) 최근 동향 418
2-7. Dow Kokam LLC. 420
1) 일반현황 420
2) 기술 현황 420
3) Products 421
4) 최근 동향 423
2-8. Electrovaya Inc. (Canada) 424
1) 일반현황 424
2) 기술 현황 424
3) Products 426
4) 최근 동향 427
2-9. EnerDel, Inc. 429
1) 일반현황 429
2) 기술 현황 429
3) Products 429
(1) Moxie+ Prismatic Cells 429
(2) Moxie+ Battery Modules 430
(3) Vigor+ Battery Packs 430
(4) Secure+ Battery, Storage Systems 431
(5) battery management System (BMS) 432
4) 최근 동향 432
(1) 공급계약 432
(2) M&A 433
(3) MOU, Agreement 434
2-10. Johnson Controls, Inc. 435
1) 일반현황 435
2) 기술 현황 435
3) Products 436
(1) Lithium-Ion Battery 436
(2) 기존 차량용 lead-acid battery 437
(3) Micro hybrid 용 Stop/Start Battery 437
4) 최근 동향 438
(1) Joint Venture (JV) 438
(2) battery 공급계약 439
(3) 기타 동향 440
2-11. LithChem Energy 442
1) 일반현황 442
2) 기술 현황 442
3) Products 443
2-12. Lithium Technology Corp. (LTHU) 443
1) 일반현황 443
2) 기술 현황 444
3) Products 445
4) 최근 동향 446
2-13. Magna International Inc. (Canada) 447
1) 일반현황 447
2) 기술 현황 448
(1) Magna E-Cars Systems의 DOE 연구과제 수행 현황 449
3) Products 452
4) 최근 동향 452
2-14. Maxwell Technologies Inc. 454
1) 일반현황 454
2) 기술 현황 454
(1) Ultracapacitors 455
(2) Maxwell Microelectronics 455
(3) CONDIS? 456
3) Products 456
(1) Ultracapacitor 456
(2) Microelectronics 460
(3) High-voltage capacitors - CONDIS? 460
4) 최근 동향 462
2-15. Storage Battery Systems LLC. (SBS) 463
1) 일반현황 463
2) 기술 현황 463
(1) Flat Plate Design 463
(2) Tubular Design 463
3) Products 464
(1) Flooded Lead Acid Battery 464
(2) Valve Regulated Sealed Lead Acid (VRLA) AGM Battery 465
(3) VRLA GEL battery ("GEL cell") 469
(4) Nickel Cadmium Battery 472
(5) 차량용 Starting and Deep Cycle Battery 475
(6) Battery Test Equipment 476
(7) Substation BAttery Chargers 476
(8) DC / AC Power Inverter / Converter 477
4) 최근 동향 479
2-16. Valence Technology Inc. 480
1) 일반현황 480
2) 기술 현황 480
3) Products 482
(1) U-Charge? lithium phosphate battery Cell 482
(2) U-Charge? Module 482
(3) Battery Management System 482
4) 최근 동향 484
2-17. Yardney Technical Products Inc. (YTP) 485
1) 일반현황 485
2) 기술 현황 486
3) Products 486
(1) Lithium-ion Battery (Lithion Inc.) 486
(2) Silver Zinc Battery (Yardney) 487
(3) 2.85 kWh Man Portable Aluminum-Air Fuel Cell Power Systems 488
4) 최근 동향 488

3. 중국 주요 사업 참여업체 사업동향과 전략 489
3-1. ATL (Amperex Technology Ltd.) 489
1) 일반현황 489
2) Products 489
3) 최근 동향 490
3-2. China BAK Battery, Inc. (CBAK) 491
1) 일반현황 491
2) Products 491
3-3. BYD Co., Ltd. 492
1) 일반현황 492
2) 기술 현황 492
3) Products 494
(1) Lithium-ion/Polymer Battery 494
(2) Nickel Battery 494
(3) 충전기 495
(4) 그 외 Products 496
4) 최근 동향 496
3-4. Hunan Corun New Energy Co., Ltd. 497
1) 일반현황 497
2) Products 497
(1) NICKEL METAL HYDRIDE(NiMH) BATTERY 497
(2) Materials 497
3) 최근 동향 499
3-5. Tianjin Lishen Battery Joint-Stock Co., Ltd. 499
1) 일반현황 499
2) Products 500
(1) Cells 500
(2) LEV-Pack 502
(3) Photovoltaic(PV) System Products 503
(4) Ultracapacitor 제품군 504
3) 최근 동향 505

4. 일본 주요 사업 참여업체 사업동향과 전략 506
4-1. Automotive Energy Supply Co. (AESC) 506
1) 일반현황 506
2) 기술 현황 506
3) Products 509
(1) EV용 Lithium-Ion Cell, Module, Pack 509
(2) HEV용 Lithium-Ion Cell, Module, Pack 510
4) 최근 동향 511
(1) Awards 511
(2) Lithium-Ion 배터리 공급계약 511
4-2. GS Yuasa Co. 512
1) 일반현황 512
2) 기술 현황 513
3) Products 514
(1) Lithium-ion Battery 514
(2) Membrane Filters 515
(3) 자동차, Motorcycle용 battery 515
(4) 산업용 Battery 516
(5) Power Supply System 516
4) 최근 동향 517
(1) 합작회사(Joint Venture, JV) 517
(2) 공급 계약 517
(3) 시장의 평가 517
4-3. Hitachi Ltd. 518
1) 일반현황 518
2) 기술 현황 519
3) Products 520
4) 최근 동향 521
4-4. Mitsubishi Heavy Industries Co. (MHI) 522
1) 일반현황 522
2) 기술 현황 523
(1) MHI Li-Ion Battery 특징 523
(2) Field Test Example 523
(3) BMU + CMU + BBU 523
3) Products 524
4) 최근 동향 524
4-5. Panasonic Corporation 526
1) 일반현황 526
2) 기술 현황 527
(1) Panasonic의 Energy Business 527
(2) Smart Energy Storage System(SESS) 528
(3) xEVs용 VRLA battery 529
(4) 스톱 스타트를 위한 12V ERS 530
3) Products 531
(1) xEVs용 VRLA Battery 531
(2) Lithium-Ion Battery 531
(3) Nickel-Cadmium Battery 535
(4) Nickel Metal Hydride(NiMH) Battery 536
(5) Smart Energy Storage Systems 540
(6) Charging System 542
4) 최근 동향 543
4-6. Primearth EV Energy Co., Ltd. (PEVE) 545
1) 일반현황 545
2) 기술 현황 546
3) Products 548
4) 최근 동향 549
4-7. Sony Corporation 550
1) 일반현황 550
2) 기술 현황 550
3) 최근 동향 550
4-8. Toshiba Corporation 551
1) 일반현황 551
2) 기술 현황 551
(1) SCiB(Super Charge ion Battery) 551
(2) Inverter와 DC-DC Converter 553
3) Products 556
4) 최근 동향 556

5. 유럽 주요 사업 참여업체 사업동향과 전략 558
5-1. Evonik Industries AG (독일) 558
1) 일반현황 558
2) 기술 현황 559
(1) Flexible Membrane 559
(2) 자동차용 부품 소재 559
3) Products 559
4) 최근 동향 560
5-2. Max Power (이태리) 561
1) 일반현황 561
2) Products 561
(1) 12V/24V electric tunnel thrusters 561
(2) Electric Retractable Thrusters 562
(3) ELECTRIC HYDRAULIC POWERPACKS 562
(4) Marine Fuel Cell? 563
5-3. Saft Groupe S.A. (프랑스) 564
1) 일반현황 564
2) 기술 현황 565
3) Products 566
(1) AVIATION 566
(2) 군수용 566
(3) Energy Storage System 567
(4) 해상용 모듈 568
(5) Space용 569
(6) 전기 자동차용, 철도용 Battery System 570
4) 최근 동향 572