제1장 차세대 배터리 솔루션 전고체 전지 개발 동향

1. 전고체 배터리(Solid State Battery) 기술 개요
  1-1. 미래 성장동력 배터리 산업
    1-1-1. 배터리 산업의 중요성
      (1) 산업의 근간 에너지
      (2) 에너지저장시스템(ESS)
      (3) 재생가능한 에너지 저장 장치 배터리
    1-1-2. 배터리 기술의 잠재력
    1-1-3. 배터리 산업 수요 증가 
      (1) 배터리 기술의 역할
      (2) 배터리 산업 수요 증가
  1-2. 리튬이온 이차전지의 활용성 및 한계
    1-2-1. 리튬이온 이차전지의 활용성
    1-2-2. 리튬이온 이차전지의 한계 
  1-3. 새로운 차세대 전지 기술 
    1-3-1. 차세대 배터리 등장 배경
    1-3-2. 전기차와 지속가능한 배터리 산업을 위한 차세대 배터리
  1-4. 전고체 배터리(All-Solid-State Battery) 개념 및 특징
    1-4-1. 전고체 배터리(All-Solid-State Battery) 개념
    1-4-2. 전고체 배터리 특징
      (1) 전고체 배터리 장점
         가. 우수한 안전성
         나. 향상된 에너지 저장 및 범위
         다. 충전 시간 단축
         라. 단순한 전지 구조 및 차내 공간 활용
      (2) 전고체 배터리 단점
  1-5. 전고체 배터리 작동원리 
    1-5-1. 액체전해질 기반 리튬이온 배터리 작동원리
    1-5-2. 전고체 배터리 작동 방식
    1-5-3. 전고체 배터리와 리튬이온 배터리의 차이점

2. 전고체 배터리 기술의 핵심 고체전해질
  2-1. 고체전해질의 종류별 특성 비교
    2-1-1. 황화물계 고체전해질(Sulfide electrolytes)
      (1) 특징
      (2) 황화물 고체전해질의 종류
         가. 결정계(Crystal)
         나. 비정질계(non-Crystalline)
      (3) 해결 과제
      (4) 개발 현황
         가. 해외 개발 현황
         나. 국내 개발 현황
    2-1-2. 산화물계 고체전해질(Oxide electrolytes)
      (1) 특징
      (2) 산화물 고체전해질의 종류
         가. LiPON(lithium phosphorus oxynitrides)
         나. 페로브스카이트형(perovskite-type) 고체전해질 
         다. 나시콘형(Nasicon-type) 고체전해질 
         라. 가넷형(Garnet-type) 고체전해질 
      (3) 해결 과제
      (4) 개발 현황
         가. 해외 개발 현황
         나. 국내 개발 현황
    2-1-3. 폴리머계/고분자계 고체전해질(Polymer electrolytes)
      (1) 특징
      (2) 폴리머 고체전해질의 종류
         가. 반고체 전지
         나. 전고체 고분자 전해질
      (3) 해결 과제
         가. 낮은 이온전도도
         나. 리튬 덴드라이트에 대한 낮은 저항성 전기화학적 안정성 및 낮은 양이온 전이 수치
      (4) 개발 현황
         가. 해외 개발 현황
         나. 국내 개발 현황
  2-2. 전고체 전지의 잠재력 및 파급효과
    2-2-1. 전고체 배터리의 잠재력
    2-2-2. 전고체 전지의 파급 효과 
      (1) 전고체 배터리의 경제적인 효과
      (2) 전고체 배터리의 기술적 파급 효과
      (3) 전고체 배터리의 환경적 이점 
  2-3. 전고체 배터리 및 고체전해질의 개발 속도
    2-3-1. 전고체 배터리 개발 속도
    2-3-2. 고체전해질(SE) 개발 속도
  2-4. 자율주행 시대 경제적 이정표 전고체 배터리 
    2-4-1. 21세기 자동차 산업의 키워드 ‘친환경’
    2-4-2. 전기차와 자율주행차의 연결
    2-4-3. 자율주행 시대와 전고체 배터리

제2장 전고체 배터리 기술 현황 및 향후 전망
1. 차세대 배터리 현황 및 배터리 산업의 업체 현황 
  1-1. 이차전지 산업의 발전 방향
    1-1-1. 글로벌 자동차 산업의 패러다임 전환
    1-1-2. 미래 모빌리티의 핵심 전동화
    1-1-3. 전기차의 새로운 가능성
  1-2. 글로벌 자동차 업체의 전동화 전략 및 확산 속도
    1-2-1. 전기차의 성장 속도
    1-2-2. 글로벌 자동차 업체의 전동화 전략
  1-3. 배터리 기술의 발전과 폐배터리 산업
    1-3-1. 배터리 기술의 발전
    1-3-2. 폐배터리 산업
  1-4. 전고체 배터리 상용화 시기 
    1-4-1. 전고체 배터리 상용화를 위한 움직임
      (1) 배터리 시장의 전환가능성
      (2) 전고체 배터리 상용화 시기
    1-4-2. 전고체 배터리 경쟁
      (1) 일본 도요타
      (2) 우리나라
         가.  삼성SDI
         나. LG에너지솔루션
         다. SK온
      (3) 미국
         가. 퀀텀스케이프(QuantumScape)
         나. 솔리드파워(Solid Power)
      (4) 중국 
      (5) 대만 프롤로지움(ProLogium)

2. 차세대 배터리 산업 향후 전망
  2-1. 전고체 배터리 시장 전망 및 표준화 동향
    2-1-1. 전고체 배터리 시장 전망
      (1) 향후 전기차와 배터리 시장 전망
      (2) 전고체 배터리 시장 전망
    2-1-2. 고체전해질 표준경쟁
      (1) 표준경쟁
      (2) 특허동향 분석
  2-2. 전고체 배터리 향후 발전 방향 및 시사점
    2-2-1. 전고체 배터리의 향후 발전 방향
    2-2-1. 전고체 배터리 상용화를 위한 시사점

참고문헌

그림 목차

[그림 1] 에너지 저장
[그림 2] 다양한 에너지저장시스템 
[그림 3] 배터리 작동 원리
[그림 4] 배터리 기술 개발 과정
[그림 5] 배터리의 역할
[그림 6] 리튬이온 배터리의 구조
[그림 7] 배터리 에너지 저장 작동 원리
[그림 8] 배터리 기술 진화의 특성
[그림 9] EV 리튬이온 배터리의 수명 주기
[그림 10] EV 배터리 순환 가치사슬
[그림 11] 리튬이온 배터리의 작동 메커니즘
[그림 12] 차세대 배터리
[그림 13] 이차전지 4대 소재 원가 비중
[그림 14] 지속가능성을 위한 전기차의 순환성
[그림 15] 전고체 배터리의 구조
[그림 16] All-Solid-State Lithium metal Battery
[그림 17] 리튬이온 배터리 및 전고체 배터리의 작동 원리
[그림 18] 전고체 배터리의 장점과 과제
[그림 19] 리튬이온 배터리의 구조
[그림 20] 전고체 배터리 제조 공정
[그림 21] 전고체 배터리의 작동 메커니즘
[그림 22] SSE의 장점과 단점
[그림 23] 결정계(Crystal) 및 비정질계(non-Crystalline) 고체전해질
[그림 24] 황화물계 고체전해질 기반 전고체 전지의 다양한 계면 문제
[그림 25] 황화물계 고체전해질 생산 공정
[그림 26] 전고체 전지 제품 개발 및 양산 프로세스
[그림 27] 전고체 전해질 구분
[그림 28] LLZO 고체전해질 개발 
[그림 29] 산화물 고체전해질의 종류
[그림 30] 산화물 고체전해질 기반 전고체 전지
[그림 31] 고분자 기반 고체전해질 
[그림 32] 고체전해질의 종류
[그림 33] 폴리머 기반 고체전해질의 개발 
[그림 34] 고체전해질의 특성
[그림 35] 배터리 기술 개발
[그림 36] 반고체 전지의 원리
[그림 37] 일반적인 반고체 배터리 설계 개략도
[그림 38] 전자선을 이용한 반고체 리튬이온 배터리 제조 과정
[그림 39] 전고체 전지의 장점
[그림 40] 리튬이온 배터리를 넘어선 전고체 배터리(Solid State Battery)
[그림 41] 전고체 배터리(Solid State Battery)
[그림 42] 전고체 배터리 향후 연구 방향과 산업화 진전 방향
[그림 43] 리튬이온 전지와 전고체 배터리의 도전 과제와 장점
[그림 44] ASSB 재활용 프로세스
[그림 45] 전고체 배터리 재활용에 대한 접근 방식
[그림 46] 도요타의 전고체 배터리 기술 안내 이미지
[그림 47] 네이처에 소개된 삼성의 전고체 기술
[그림 48] 황화물 기반 전고체 배터리
[그림 49] 새로운 디자인 트렌드
[그림 50] 미래 자동차의 트렌드
[그림 51] 전고체 배터리 실현을 위한 개략도
[그림 52] 맞춤형 자동차 솔루션 개발 유형
[그림 53] 전기차의 다양한 과제와 기회
[그림 54] 전기자동차(EV)의 역사
[그림 55] 미래의 자동차 아키텍처에 큰 영향을 미칠 파괴적인 기술 트렌드
[그림 56] 리튬이온 배터리 기술의 최신 동향
[그림 57] 리튬이온 배터리의 가치 사슬
[그림 58] 재사용 및 재활용을 통한 LIB 관리
[그림 59] 배터리 재활용 단계
[그림 60] 전체 배터리 시장에서 전고체 배터리의 점유율 
[그림 61] 전고체 배터리 응용 분야
[그림 62] 삼성SDI 전고체 배터리 구조
[그림 63] 배터리팩 공정
[그림 64] 전고체 배터리 탑재시 무게 및 차량 공간 증감
[그림 65] 퀀텀스케이프의 QSE-5 플렉스 프레임과 전고체배터리 셀
[그림 66] 전고체 배터리 비교
[그림 67] 중국 전고체 배터리 산업 체인
[그림 68] 중국 전고체 전지 산업 기술 로드맵
[그림 69] 배터리의 진화
[그림 70] 프롤로지움 전고체 전지 구조
[그림 71] 세계 전기차 배터리 시장 전망(전기차용 이차전지 시장 규모)
[그림 72] 전고체 배터리 시장 전망
[그림 73] 전기차용 전고체 배터리 시장 전망
[그림 74] 전기차용 전고체 배터리 시장 점유율 전망
[그림 75] 전고체 배터리 시장 전망
[그림 76] 전고체 배터리 특허 보유 상위기업
[그림 77] 배터리 관리 시스템의 개발 과정
[그림 78] 전고체 배터리의 다양한 핵심성과지표(KPI)

표 목차

[표 1] 전고체 및 리튬이온 배터리 특징
[표 2] 전고체 배터리의 장점
[표 3] 전고체 배터리 VS 리튬이온 배터리 특성
[표 4] 전고체 배터리의 특징
[표 5] 양·음극재 소재 변화
[표 6] 리튬이온 전지와 전고체 배터리의 장단점 
[표 7] 전고체전해질 분류 및 개발 역사
[표 8] 전고체전해질 종류별 특성 비교
[표 9] 고체전해질의 종류별 장단점
[표 10] 황화물계 전해질의 이온전도도 특성
[표 11] 주요 고체전해질 특징 비교
[표 12] 산화물계 고체전해질의 이온전도도 특성
[표 13] 산화물계 고체전해질 소재별 특징
[표 14] 페로브스카이트(Perovskite)형 고체전해질의 조성별 이온전도도 및 단위 세포 모식도 
[표 15] NASICON 형 고체전해질의 조성별 이온전도도
[표 16] 가넷 고체전해질의 조성별 이온전도도
[표 17] 고체 폴리머 전해질의 이온전도도
[표 18] 리튬 이차전지용 전해질
[표 19] 리튬이온 전지와 전고체 배터리 비교
[표 20] 전고체 전지의 4가지 영역
[표 21] 주요 업체별 전고체 배터리 개발 현황
[표 22] 글로벌 주요 자동차 회사들의 전동화 전략 및 투자 현황
[표 23] 국가별 전기차(BEV) 판매량
[표 24] 주요 기업의 전고체 배터리 개발 계획
[표 25] 국내외 주요 기업 전고체 배터리 관련 전략
[표 26] 배터리·완성차 업계 전고체 배터리 개발 상황
[표 27] 주요 기업별 전고체 배터리 상용화 현황
[표 28] 도요타 전고체 관련 특허 OS Matrix
[표 29] 국내 배터리 제조업체의 전고체 배터리 개발 현황
[표 30] 글로벌 주요 기업 전고체 배터리 개발 현황