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중소기업 기술로드맵 조회결과

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이차전지 전해질
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

이차전지 전해질 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 양전지 모듈에서 발생된 직류 전력을 범용으로 사용가능한 교류 전력으로 변환하기 위한 시스템 및 주변기기를 의미함
  • 범위 : 성상에 따라 액체 전해질, 고체 혹은 젤 상태의 고분자 전해질, 이온성 액체 전해질, 기타 세라믹 형태의 무기 고체 전해질 등을 포함
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

제품분류 관점 기술범위
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
이차전지 전해질 전해질 제조기술
  • Succinonitrile, Adiponitrile, Acrylonitrile 등 첨가제 합성 기술
  • 전극별 최적조건 전해질 생산 기술
  • 난연성, 고출력성, 장기보관성 등의 특성에 맞는 주문자 생산 시스템
  • 첨가제 중합
  • 농축 및 정제 제조기술

[ 공급망 관점 기술범위 ]

공급망 관점 기술범위
기술개발 테마공급망 관점세부기술
이차전지 전해질 액체 전해질
  • 전해액은 카보네이트 계열의 용매가 주로 쓰이고 있으며, 고순도 제품의 개발기술
  • 리튬이온의 높은 이온전도도를 위해 음이온의 크기가 큰 제품의 개발 고용량화, 고안전성화, 고출력화를 위한 전해질 첨가제 기술
고체 전해질
  • 전해액을 고분자에 함침시켜 구동시키는 겔형 고분자 고체전해질 개발
고분자 고체전해질
  • 높은 이온전도도를 갖는 무기계 고체전해질의 개발
  • 전기화학적 안정성, 기계적 성질 등 다양한 측면을 고려한 연구
무기계 고체전해질
  • 높은 이온전도도를 갖는 무기계 고체전해질의 개발
  • 전기화학적 안정성, 기계적 성질 등 다양한 측면을 고려한 연구
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장
이차전지 전해질 분야의 세계 시장 규모는 2016년 877백만 달러 규모에서 2021년 3,022백만 달러 규모로 21.9% 성장률을 보일 것으로 전망
모바일 IT 기기용 소형 리튬이온전지용은 연평균 7% 성장하는데 비해 에너지저장장치 전기자동차용 중대형 리튬이온전지는 연평균 82% 성장하며 시장을 차지하는 비율을 늘려가고 있음

성장세가 큰 중대형 리튬이온전지는 단위용량 당 필요한 전해질량이 2배 이상이기 때문에 연평균 20%이상 전해질 시장을 크게 성장시킬 전망

[ 이차전지 전해질 분야의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

이차전지 전해질 분야의 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 877 1,055 1,379 1,790 2,479 3,022 21.9

* 자료: SNE Research(2015)

리튬이온전지 산업은 대기업 위주로 재편되었으나 전해질 산업 분야는 인건비 부담, 고정비 부담이 적은 중소기업에 오히려 유리하며 현재 많은 중소기업이 전해질 제조업체로 역할을 하고 있음
전해질은 제품의 특성상 리튬이온전지 제조업체와 공동으로 개발을 진행하여 강력한 파트너십을 이루고 있으며 일본의 전해질 제조업체들과 한국의 전지업체들이 서로 협력 관계를 구축하여 상생을 위한 노력을 하고 있음
현재 전 세계 전해질 시장은 중국 제조업체가 점유율 1위를 유지하는 가운데 일본 업체는 안정성이 중요한 전기자동차용 시장에서 입지를 강화하고 있음

국가별 전해질 시장 점유율은 2015년 중국이 68.1%, 일본 22.5%, 한국 9.0%로 추산

[ 세계 리튬이차전지 국가별 시장점유율 ]

세계 리튬이차전지 국가별 시장점유율

* 자료: SNE Research(2015)

[ 이차전지 전해질 시장 전망 ]

이차전지 전해질 시장 전망

* 자료: SNE Research(2015)

중국의 경우 시장 점유율 1위를 차지하고 있지만 기존 제조업체의 생산능력 증강과 더불어 다수의 신규 제조업체가 시장에 참여함에 따라 공급과잉 상태에 있고 가격 경쟁 격화로 평균 단가의 급락을 초래하고 있음. 채산성 악화로 시장에서 철수하는 업체가 늘어나면서 향후 전해질 가격의 하락은 서서히 안정될 전망

2014년 출하수량 기준으로 모바일 IT기기용 리튬이온전지 전해질이 46,060톤으로 69.6%, 중대형 리튬이온전지용으로 20,130톤으로 30.4%를 차지하고 있음

  • 리튬이온전지의 경우 LiPF6 리튬 염이 주를 이루고 있으며 일본의 3개 업체가 약 80% 가량을 공급하고 있고 국내의 경우 후성이 유일하게 생산하고 있음
  • 최근에 주목 받는 LiPO2F2나 LiFSi 등의 첨가제가 있으며 LiPO2F2 첨가제는 고출력이 요구되는 전기 자동차용 리튬이온전지에 적합하다는 평가를 받고 있어 국내의 제조업체가 중국에 생산자 주문 방식으로 수출을 하고 있고 LiFSi 첨가제는 고전압 전지에 효율적이고 불소계이지만 가스가 잘 발생하지 않아 셀의 팽창 문제가 우려되는 파우치형 리튬이온전지용으로 수요가 증가할 것으로 예측됨
  • 전기자동차, 에너지저장장치용 중대형 리튬이온전지 전해질 수요 확대로 수량기준으로 2016년 36,000톤, 구성비 39.3%에서 2020년에는 107,656톤, 구성비 59.9% 증가할 전망
  • 리튬이온전지 원가 전체 비중의 15% 정도를 차지하고 있고 따라서 전해질의 수입과 수출도 리튬이온전지 전체와 비슷한 추세일 것으로 예상
나. 국내시장
국내시장의 경우, 전해질을 양산 공급하고 있는 파낙스이텍과 솔브레인 등이 리튬이온전지 세계 M/S 1위에 도달한 삼성SDI와 동반하여 전해질 공급업체로 성장하고 있음
현재 국내 전해질 수급은 저가의 중국산 원재료를 수입하여 정제 가공하거나 일부 첨가제 국내 합성을 통하여 이루어지고 있음
국내에서는 유일하게 후성이 제조하는 LiPF6 리튬염을 양산 공급하고 있으며 다른 리튬염의 경우 일본과 중국의 제조업체로부터 완제품을 수입하고 있음
용매의 경우, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate)만이 중국에서 원재료를 받아 국내에서 고순도로 정제하여 수급하고 있으며 기타 다른 용매의 경우, 완제품을 수입하고 있음
첨가제의 경우, 일부 첨가제는 국내합성이 가능한 상태이고 VC(vinylene carbonate)만 중국의 제조업체로부터 가격과 품질이 우수한 완제품을 수입

이차전지 전해질 분야의 국내 시장 규모는 2016년 4,680억 원 규모에서 2021년 6,688억 원 규모로 연 평균 7.4% 규모로 성장할 것으로 전망

[ 대기관리 국내 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 억원, %)

대기관리 국내 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR('13~'15)
국내시장 4,680 5,027 5,398 5,798 6,227 6688 7.4

* 자료: SNE Research 자료 인용 및 일부 추정

4.기술분석
가. 기술환경 분석

리튬이온전지의 전해질은 카보네이트(carbonate) 게열의 유기 용매가 주로 사용되며 고순도 제품의 용매 개발이 필요

주로 쓰이는 용매로는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate) 등의 리튬염을 해리하기 위해 유전율이 높은 용매와 에틸 메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate), 디메칠 카보네이트(dimethyl carbonate) 등의 이온의 mobility를 위한 점도가 낮은 용매를 일정 비율로 혼합하여 사용

리튬이온전지의 전해질은 용매에 리튬염을 적절한 비율로 혼합하여 제조하며 리튬염으로는 용매에서 높은 해리도를 가지며 높은 이온전도도를 위해 음이온의 크기가 큰 제품개발이 필요

  • 리튬염으로는 LiBF4, LiPF6, LiClO4 등이 대표적으로 사용되며 이온전도도가 우수한 LiPF6 리튬염을 주로 사용
  • BASF(독일)은 고전압, 고온용 전해질 개발을 진행하고 있으며 향후 lithium super ionic conductor electrolyte에 대해 연구할 계획

소형 IT용 Application 시장에서 ESS, EV 시장으로 시장을 확대하는 추세44)

  • xEV/ESS 대용량 이차전지는 전해질 사용량이 IT용에 비해 단위셀 기준으로 200배~4000배까지 늘기 때문에 안정성 확보가 매우 종요하며, 현재 상용화 되어 있는 액체 전해질, 겔 고분자 전해질 이외에 고온 안정성이 우수한 고체 고분자 전해질 개발을 위한 연구가 진행
  • 일본의 Mitsubishi Chemical은 IT 소형, xEV 중대형 전지를 생산하는 고객의 포트폴리오를 다양화 하면서 전세계 M/S 1위를 유지
  • 중국의 신흥 업체인 ATL, BYD, LISHEN 등 정부의 지원과 넓은 내수 시장을 발판으로 시장을 확장
전해질은 이차전지 제조업체와 공동으로 개발을 진행하며, IT형 소형 제품 및 xEV용 제품의 전해질은 3개월에서 1년 사이에 재품 개발 및 평가 과정을 거침

이차전지용 전해질 세부품목에서 첨가제 합성, 최적조건 전해질 생산 기술 등이 이러한 기술은 LG화학, 삼성SDI 등 대기업 중심의 기술개발을 거쳐 현재 솔브레인, 후성, 파낙스이텍, 리켐, 켐트로스 등의 중소기업에서도 첨가제 개발, 전해질 생산 기술보유

[ 이차전지 전해질 분야 기업 현황 ]

이차전지 전해질 분야 기업 현황
기술 분류주요 기술대기업중소기업중소기업 참여영역
이차전지
전해질
Succinonitrile, Adiponitrile, Acrylonitrile 등 첨가제 합성 기술
전극별 최적조건 전해질 생산 기술
난연성, 고출력성, 장기보관성 등의 특성에 맞는 주문자 생산 시스템
첨가제 중합, 농축 및 정제 제조공정
LG화학
삼성SDI
솔브레인
후성
엔켐
리켐
에스티팜
파낙스이텍
씨트리
에너텍
욱성화학
천보
신규 전해질 및 용매 개발.
신규 첨가제 개발.
합성기술 검토 및 최적화
5. 핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 이차전지 전해질 핵심요소기술 선정 ]

이차전지 전해질 핵심요소기술 선정
분류핵심요소기술키워드
액체전해질 전해액 첨가제 기술 대용량 전지에 대한 안전성 향상 및 발화성을 낮추는 전해액 첨가제 개발
저온 이온 전도도가 우수한 전해액 조성 개발 저온 이온 전도도가 우수한 전해액 조성 개발
전고상 고분자 또는 세라믹 전해질 고체 고분자 전해질 소재 기술 리튬 덴드라이트 성장 억제와 안정성이 향상된 고체 고분자 전해질 소재 기술
분자구조 및 미세구조 조절 분자구조 및 미세구조 조절을 통한 전고상 고분자 전해질의 이온전도성 및 기계적 물성 향상 기술
전극/전해질 계면 안정화 계면저항 감소 기술 활물질 고체와 고체전해질이 접촉하는 계면저항 감소기술
대면적화 기술 전극과 전해질을 일체화하는 전고상 셀 제조