1. 기술로드맵

□ (총론) 자동화 및 AI기반의 딥러닝기술을 이용한 생산기술로 생산성향상과 품질향상, 인건비 절감 등의 효과를 극대화 할 수 있는 이차전지 제조장비의 생산 및 개발 등을 위한 중소기업 전략기술로드맵 구축

○ (중소기업 기술개발전략1) 배터리 제조공정 내 불량품 추출을 위한 고속 CCD vision 검사 제어기술 개발

○ (중소기업 기술개발전략2) 배터리 제조 관련 AI를 활용한 딥러닝 기반의 AI 제조검사 시스템 개발

○ (중소기업 기술개발전략3) LIB(리튬이온배터리)의 실시간 성능 및 잔여 수명 진단을 위해 SOC, SOH 평가 및 예측시스템 개발

[ 「이차전지 제조 시스템」 기술개발 로드맵 ]

2. 개요

가. 정의 및 필요성

(1) 정의

□ 이차전지 제조시스템은 이차전지 제조공정에 필요한 장비 및 측정장치(슬러리 배합장비, 패키징 장비, 충방전 장비 등)를 의미함

□ 생산 공정은 전극 공정, 조립공정, 활성화 공정으로 구분, 파우더 배합, 슬러리 균일 도포, 양/음극판 슬리팅 등 세부 기술 정의됨

○ 전극 공정은 양극 (+) 극판, 음극 (-) 극판 및 분리막을 만드는 공정

- Mixing에 활물질, 도전재, 바인더 섞은 후 Coating, Pressing, Slitting, Drying 단계를 거치면서 극판 소재를 도포, 건조하여 양극판, 음극판, 분리막 제조

- 전극 공정은 롤투롤 장비 사용하며, 동박 제조 설비활용 가능

○ 조립공정은 전극과 원재료를 가공 및 조립해서 완성품을 만드는 공정으로 전지에 따라 Notching(단판 극판 제조), Stacking(일정한 두께로 쌓음), Tab Welding(전류를 한곳에 모음) 등의 공정을 거쳐 최종 형상이 완성됨

○ 활성화 공정은 조립공정에서 완성된 전지를 충·방전하여 전기적 특성 부여

- 활성화 공정은 충·방전 장비, 탈철(Fe)을 위한 대보마그네틱의 자력선별기(ENF), 최종 검사를 위한 X-ray 검사장비가 사용됨

[ 이차전지 제조공정 ]

□ 이차전지 제조 장비 및 측정장치는 이차전지 분야에서 제조 핵심기술 강화를 위한 전략 품목으로, 배터리 양산 고도화 기술개발을 통해 이차전지 분야에 있어서 고생산성 장비개발이 가능할 것으로 전망됨

[ 이차전지 품목 로드맵 내 이차전지 제조시스템 ]

(2) 기술개발 필요성

□ 제조 설비 및 자동화 설비 확대로 이차전지 장비 산업 활항 예상

○ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 분야는 주요 이차전지 제조업의 설비투자 확대 및 자동화 설비 구축으로 시장 확대가 예상됨

- 이차전지 구성 요소별 양산화를 위한 제조 장치, 성능 및 유지관리를 위한 검사 장치, 국내 장비 산업 고도화 및 경쟁력 제고를 위해 이차전지 제조 장비 및 측정장치 기술개발 필요

○ 이차전지 장비는 ’19년부터 전기차용 중대형 라미네이션, 스태킹 장비 매출이 본격적으로 발생하고 있어 중·대형이차전지 수요에 대응하여 에너지 용량 증가와 제조 속도 향상 요구 충족을 위한 장비업체의 역할이 더욱 부각될 것으로 예상됨

- 중·대형 이차전지 개발로 인한 장비 및 부품의 교체 발생으로 중장기 장비업체의 성장이 예상됨

□ 안정성 확보를 위한 전지 내부상태 검사장비 수요와 적용공장 확대

○ 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS), 전기차 화재 이슈로 이차전지 안정성 확보를 위해 추가적인 검사 및 공정 기술이 필요하며 이차전지 패키징 이후 내부상태 검사가 가능한 엑스레이 검사 장비 수요와 적용 공정 확대가 예상됨

나. 범위 및 분류

(1) 가치사슬

□ 이차전지 산업이 전기자동차, ESS, 로봇 등 다양한 응용 분야로 확대되면서 이차전지 스펙 향상과 제조 설비의 최신화가 이루어지고 있음

○ 다양하고 고도화된 디지털 기기에 전력을 공급할 수 있는 이차전지 제조를 위한 기반이 구축될 경우 전 산업 분야에서 추가적 부가가치 창출이 가능

□ 안전성 강화와 자동화 추세로 산업별 다양한 요구사항에 따라 최적의 자원을 배치하여 에너지 및 운영비용 절감을 통한 경제 발전 예상

○ 제조업의 무인화 및 자동화 트렌드에 부합하며, 최근 이차전지 업체의 화재사고로 인해 검사장비의 필요성이 더욱 확대되는 추세

[ 이차전지 제조시스템 가치사슬 ]

(2) 용도별 분류

□ 이차전지 제조에 필요한 전극 공정, 조립공정, 충·방전공정 등에 따라 각각의 장치로 분류될 수 있음

[ 이차전지 제조장비 및 측정 장치 용도별 분류 ]

3. 환경 분석

가. 시장 현황 및 전망

(1) 개황

□ 생산량 증대 기술 관심 증가

○ 이차전지 및 관련 산업 특징은 전기화학 분야 바탕으로 신소재(물리, 화학, 금속 등 기초과학)부터 시스템(전기, 전자, 기계 등) 개발까지 전/후방 산업간 유기적인 연계가 중요한 대표적인 융/복합 산업

□ 전방 업체들의 대규모 투자에 따라 70% 이상 동반성장 예측

○ ’20년 이차전지 셀 제조업체의 용량 증설 고려하면 성장 가능성 높음

○ 이차전지의 성능향상 및 다양화에 따른 장비 및 부품의 교체 발생으로,중장기적 성장 가능성 높음

□ 이차전지 적용분야 확대에 따른 장비수요 증가

○ 이차전지는 휴대폰, 노트북 등 소형 IT 기기에 주로 사용되었으나, 최근 대용량화 기술이 발전함에 따라 전력저장장치용 대용량 이차전지(ESS),친환경 자동차(EV)로 중심이 이동하고 있는 추세

□ 기술력 기반 제품군 확대 및 신규산업 창출 가능

○ 독자적인 기술력을 바탕으로 기타 소재 장비산업 진출, 미세먼지 측정,전고체 장비 등 제품을 확대하고, 반도체 장비 등 신규 사업 진출 가능

(2) 관련 시장 규모 및 전망

① 세계 시장

□ 이차전지 제조 시스템 세계 시장 규모는 2021년 37억 2,000만 달러에서 2027년 158억 9,000만 달러로 증가할 것으로 전망

○ 2021년부터 2027년까지 연평균 25.9% 성장률을 보일 것으로 예측

[ 이차전지 제조 시스템 세계 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 억 달러, %)

구분	’21년	’22년	’23년	‘24년	‘25년	‘26년	‘27년	CAGR (’21∼’27)
세계시장	37.2	50.2	63.2	79.4	100.0	126.0	158.9	25.9
* 출처 : battery manufacturing Equipment Market, 2022-2032, PRECEDENCE RESEARCH(2023.08)

② 국내 시장

□ 이차전지 제조 시스템 국내 시장 규모는 2021년 1조 5,000억 원에서 2027년 5조 9012억 원으로 증가할 것으로 전망

○ 2021년부터 2027년까지 연평균 21.6% 성장률을 보일 것으로 예측

[ 이차전지 제조 시스템 국내 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

구분	’21년	’22년	’23년	‘24년	‘25년	‘26년	‘27년	CAGR (’21∼’27)
국내시장	1,500.0	1,950.0	2,536.1	2,815.0	3,696.1	4,853.0	5901.2	21.6
* 출처 : 이차전지 소재/장비(한화투자증권, 2019). 재가공

나. 기술개발 동향

(1) 개황

□ 신규장비 개발 수요 증가

○ 최근 이차전지 스펙 향상과 제조 설비 최신화가 이뤄지면서 신규 장비 개발이 필요

○ 전자석 탈철기(Electro Magnetic Filter, EMF) 전자석 탈철기술은 전극분체 또는 졸, 겔 형태의 물질을 자기장 필터 내로 통과시켜 철(Fe)을 제거해 폭발 위험을 줄일 수 있음

□ 검사장비: 이차전지의 특성 및 수명 등을 테스트

○ (머신비전과 딥러닝의 적용) 딥러닝을 적용한 머신비전 검사를 통해 검사 속도와 정확도 향상, 예외 처리의 자동화가 가능할 것으로 기대

○ (이차전지 X-ray 검사장비) 이차전지 X-ray 검사장비는 극판 정렬상태 및 수량을 전자동 검사하고 불량 판별 및 배출하는 역할을 하며, 이차전지 형태와 상관없이 검사가 가능

○ (롤투롤(Roll to Roll) 장비) 롤투롤장비는 이차전지 제조공정 중 전극공정에 사용되는 장비로 이차전지 양/음극 기판, 동박, 필름 등 얇은 소재를 회전롤에 감으면서 소정의 물질을 도포, 압축, 절단 등을 하는 공정에서 활용

□ 이차전지 안정성 향상을 위한 검사장비 수요증가

○ ESS화재나 전기자동차 화재사고로 인해 배터리 안전성에 대한 우려가 높아지고 있어 차세대 배터리 및 관련 인증장비 개발이 필요

□ 사용 후 배터리 리사이클링 산업화 추진 및 시험·인증장비 수요증가

○ 산업부는 ’20년 이후 사용 후 배터리 발생량이 크게 증가할 것으로 전망하며 배터리 재사용·재제조를 통한 순환 생태계를 구축하고 산업화로 연계하기 위한 시험인증 인프라 구축 투자계획을 밝힘에 따라 관련 장비 및 인프라 확대가 기대

(2) 주요 기술개발 동향

① 해외 기업

□ PANASONIC(일본)

○ 글로벌 이차전지 제조업체로, 이차전지 제조의 마지막 공정인 충방전장치 및 검사장치 관련 기술 보유

□ MITSUBISHI ELECTRIC(일본)

○ 교반기, 도포기, 슬리터, 권취기, 적층기, 로봇반송기 등 리튬이온전지 생산라인에 필요한 다양한 전지 제조장비 보유

□ TORAY(일본)

○ 극판용 슬릿다이코터, 프레스, 슬리터, 스태킹 장비, 셀 조립장비, 충방전 장비 등 다수의 이차전지 제조설비 보유

□ TOYOTA MOTOR(일본)

○ 이차전지 상태 판정, 충전 상태 추정, 전지 내부저항 검출 기술 등을 보유

□ HIRANO(일본)

○ 극판공정설비 중 코팅 및 라미네이팅 장비 제조업체로, 코마롤(comma roll)코팅방식 사용

□ MANZ(독일)

○ 박막 태양전지 장비업체로 Roth & Rau와의 협력으로 결정질 태양전지 생산라인의 모든 공정에 대한 장비 솔루션 개발에 성공

□ CANON(일본)

○ 전지 내 축적된 가스 불순물을 상온에서 배출시키는 Degassing장비 보유

② 국내 기업

□ 삼성SDI

○ 국내 주요 이차전지 제조업체로 셀 전문기술을 기반으로 이차전지 제조장비 관련 기술에서도 전극 슬러리 건조장치, 전해액 주입장치, 이차전지 귄취장치, 이차전지팩 모니터링 장치 등 전 공정에 필요한 장비관련 기술 보유

□ SK시그넷

○ SK시그넷은 전기차용 초급속 충전기 제조 기업으로, 배터리 충·방전 공정 등에 필요한 장비 기술로 개발 역량을 확장하여 배터리 장비 시장 진출함에 따라, SK그룹은 소재·셀·장비를 아우르면서 배터리 밸류체인 확장

□ 대보마그네틱

○ 이차전지 밸류체인에서 소재/셀 제조공정에서 철 성분을 제거하는 전자석 탈철기 수요 급증, 탈철 장비 시장은 상대적인 니치 마켓으로 신규 경쟁사의 진입이 어려울 전망

□ 이노메트리

○ 이차전지 X-ray 검사 장비를 전문으로 생산 업체로 국내외 주요 이차전지 업체에 납품되고 있으며, 생산라인 이차전지 타입과 상관없이 채용이 가능

□ 피앤이솔루션

○ 이차전지 후공정 장비 활성화 공정 장비와 검사 장비를 전문으로 생산

□ 피엔티

○ 이차전지와 각종 전자 소재(FPCB, MLCC 등) 제조설비인 롤투롤(Roll to Roll) 장비 전문 생산업체. 필름, 동막 등의 얇은 소재를 회전롤에 감으며, 물질 도포, 압축, 절단이 가능한 공정을 이용한 이차전지 관련 장비(양극, 음극, 분리막)를 생산하며, 40% 수준의 시장 점유율을 차지함

③ 국내 연구개발 기관

□ 대표 연구개발 기관

[ 이차전지 제조장비 및 측정 장비 주요 연구조직 현황 ]

4. 특허 분석

□ 전략품목에 대한 특허동향 분석, 기술동향 분석, 주요 출원인 분석을 통해 아래와 같이 결과 확인

[ 특허 분석 결과 ]

□ 4개 평가지표(활동도, 부상도, 시장력, 영향력)에 따른 정량적 분석 결과는 아래와 같이 도출

[ 평가지표/ 정량적 분석 ]

*각 평가지표 값은 원 계산 값에 상대적 비교의 편의성을 위해 최고점 100점으로 환산한 값이며, 상대적 기술경쟁력은 각 평가지표의 가중치를 1:1로 반영하여 평균값을 도출한 것임

[ 주요 특허 선별지표 ]

5. 기술개발 로드맵

□ 전략품목에 대한 핵심기술 및 개발목표 등을 토대로 기술개발 로드맵 구축