‘15년도 녹색산업선도형이차전지기술개발사업 신규과제 RFP

번호	과제명
1	전기자동차용 고에너지밀도(235Wh/kg) 30kWh급 리튬이온이차전지 팩 개발
2	고온 특성이 우수한 차량 SLI용 12V LIB 팩 개발
3	재활용을 통한 고출력 LIB용 층상계 고용량(≥210 mAh/g) 양극소재 제조기술 개발
4	EV용 4.35V 고속충전(30분 이하, 80% 충전) 리튬이온전지 기술개발
5	중대형 이차전지 국가 전략로드맵
6	비리튬계 이차전지 사업화 전략 연구

* 과제별 지원기간 및 예산 등은 각 RFP 참조

관리번호

2015-이차전지-일반-01

중분류 I

중분류 II

과제유형

원천기술형(  ), 혁신제품형(○)

기술분류

이차전지

과제명

전기자동차용 고에너지밀도(235Wh/kg) 30kWh급 리튬이온이차전지 팩 개발

1. 필요성

ㅇ 전기차의 일일충전 주행거리 향상을 위해 동일한 무게/부피에 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 고에너지밀도 리튬이온이차전지 시스템 개발 필요

ㅇ 고에너지밀도 LIB를 구현하기 위해서는 고용량 양음극 소재 및 극판 개발 필요

- 현재 전기차에 사용되는 음극소재는 흑연(360mAh/g)과 저온탄소(240mAh/g)의 혼합 소재로 용량이 300mAh/g 수준이며, 양극소재는 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(145mAh/g)과 LiMn2O4(110mAh/g)가 혼합된 소재를 사용

ㅇ 현재 고용량 양음극 소재 개발 및 이를 활용하기 위한 요소기술 개발이 진행되고 있으며, 이를 상용화하기 위해 full cell에서 극판의 설계 및 전지 성능 확보를 위한 노력 필요

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 전기자동차용 고에너지밀도(235Wh/kg) 30kWh급 리튬이온이차전지 팩 개발  (TRL :  [시작] 4단계 ～ [종료] 7단계)

o 주요 개발 내용

- 대용량 단전지 설계 및 제조기술 개발 : 에너지밀도 235Wh/kg 달성 위한 극판, 단전지 개발, 고에너지밀도화로 인한 전지의 신뢰성/안전성 저하 개선

고용량 실리콘/탄소 복합 음극 극판 개발 : 기존 대비 용량을 크게 향상시킨 실리콘/탄소 복합 소재(旣개발소재활용) 적용하여 팽창률, 안전성 확보 극판 개발

고밀도/고안전 니켈복합계 양극 극판 개발 : 니켈 함량 60% 이상 소재(旣개발소재활용)를 적용, 고온 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 극판 및 전해질 개발

에너지밀도 235Wh/kg 고용량 단전지 개발 및 제조기술 개발

- 30kWh급 LIB 팩 개발 : 360V이상의 팩 전압을 가지며, 최대출력 85kW 이상 구현, 내충격/내진동 구조설계와 고온, 저온, 습도환경에서 신뢰성 확보

- 단전지 및 팩 신뢰성·안전성 개발 목표는 추가 제시 요망

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	에너지밀도 (전지)	Wh/kg	235	160	170 (일) AESC
2	단전지수명(충전심도 80%, 1C 충방전 1,000회)	%	> 80	-	-
3	에 너 지 (팩)	kWh	30	27	24 (일) AESC
4	최대출력 (팩)	kW	85	80	80 (일) AESC

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 3년 이내   ㅇ 정부출연금 : ‘15년 15억원 이내(총 정부출연금 45억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업 (* 수요기업 참여필수)

관리번호

2015-이차전지-일반-05

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형(  ), 혁신제품형(O)

기술분류

이차전지

과제명

고온 특성이 우수한 차량 SLI용 12V LIB 팩 개발

1. 필요성

ㅇ 강화되는 연비규제에 대응하기 위해 현 내연기관 차량의 효율 개선 필요

- 엔진부하 저감 및 운전효율 향상을 통한 연비 개선을 위해 ISG(Idle Stop & GO), EPS(Electric Power Steering) 시스템과 같은 다양한 전장부하가 확대 채용됨

- 제어 가능한 전장부하의 확대 적용에 따라 효율적인 엔진 발전량 제어를 통해 연료 소비를 절감하는 최적 발전제어 적용이 확대되고 있음

ㅇ 발전제어를 통한 연비 향상 효과를 극대화하기 위해 기존 납축전지 대비 우수한 충방전 효율과 높은 에너지밀도를 갖는 LIB(Lithium-Ion Battery) 적용 검토 필요

* 발전제어: 차량에 탑재된 발전기의 발전량을 운전 상태에 따라 가변적으로 제어함으로써, 엔진 부하저감 및 운전효율 개선에 따른 연비 향상을 기대할 수 있는 기술

* SLI : Starting, Lighting, Ignition

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 실차 적용성을 고려한 고온 수명특성이 우수한 SLI용 12V LIB 팩 개발 (TRL: 5단계～7단계)

ㅇ 주요 개발내용

□ 고온 수명특성을 확보한 차량 발전제어용 LIB 단전지 개발

- 실차 적용성을 고려한 고온 성능과 수명을 확보하기 위한 소재 및 전지 설계기술 개발

- 기존 납축전지를 대체 활용하기 위한 저온(-18℃) 시동특성 확보기술 개발

- 발전제어 차량에 적용 가능한 가용 용량 및 고온수명 성능을 확보한 단전지 개발

□ 납축전지 대비 50% 이상(동일 가용용량 기준) 경량화된 12V LIB 팩 개발

- 차량 장착성을 고려한 내열 및 냉각특성 향상을 위한 냉각구조 개발

- 12V LIB 모듈의 효율적 운용/관리와 안전성 확보를 위한 배터리 관리장치 개발

- 제품 경쟁력 확보를 위한 경량, 소형화가 가능한 12V LIB 팩 개발

□ 차량 장착성 확보를 위한 성능, 내환경 특성, 수명 평가/검증기술 개발

- 실차 적용성을 고려한 단전지 및 팩에 대한 성능, 내환경 특성, 안전성 평가/검증

- 차량 발전제어 운용특성을 반영한 고온싸이클 수명 성능 검증

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (미국, A123)
1	에너지 밀도	Wh/kg	90	45*	80
2	출력밀도(@SOC50%,800A)	W/kg	1,200	550*	-
3	고온 수명(@50℃,SOC60~100,1C)	회	3,000	-	-
4	냉시동 출력(@-18℃,SOC40%)	-	납축전지 대비 90% 이상	-	-
5	내환경 특성 확보	-	ES 규격 만족	-	-

* AGM 배터리 기준

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 3년 이내   ㅇ 정부출연금 : ‘15년 15억원 이내(총 정부출연금 45억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 산업체(수요기업 참여 필수)

관리번호

2015-이차전지-일반-07

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

원천기술형(  ), 혁신제품형(O)

기술분류

이차전지

과제명

재활용을 통한 고출력 LIB용 층상계 고용량(≥ 210 mAh/g) 양극소재 제조기술 개발

1. 필요성

ㅇ 리튬이차전지(LIB)는 전동공구 등 중대형으로 적용범위가 넓어짐에 따라 고용량화에서 고출력화도 동시 요구로 변화

- 고용량과 고출력 구현 위해 Ni 함량이 높은 층상구조 다공성 양극소재 개발 필요

- LIB의 저가화를 위해서 저가 소재가 필요하며 이를 위해 원료의 저가격화가 필수

ㅇ 소형 및 중대형 LIB 사용 증가에 따라 환경보호, 유효자원 재활용면에서 폐LIB의 재활용/재사용 필요성이 높아지고, 또한 경제성이 높은 새로운 재활용 기술 개발 필요

- 현재 고가 금속을 습식 재활용하는 기술은 개발되어 있으나, 극판에서 회수된 다원계 양극소재를 산용액에 용해하지 않고 직접 재활용하는 기술은 전무

- 직접 재활용기술을 이용하면 기존 습식 재활용과 달리 전구체 제조공정이 불필요하여 공정비와 폐수처리비 등이 절감되어 저가격화 용이

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 재활용 통한 고출력 다공성 층상계 양극재 (≥ 210 mAh/g) 기술 개발

(TRL :  [5]단계 ~ [7]단계)

ㅇ 개발 내용

- 폐전지 극판으로부터 양극활물질 직접 회수 공정 기술

- 회수된 양극재 재처리 공정기술 (다원계 조성 활물질을 원료로 직접 재사용)

- 다공성 양극재의 해쇄 구형화 공정 기술

- 금속성분의 원자레벨 재배열 합성 기술

- 양극재 구조 및 표면안정화 위한 doping 및 후처리 기술

- 양산화 위한 공정설계 기술

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	가역 방전용량	mAh/g	210	180	210(일본, Mitsubishi)
2	상온 출력 (2C/0.1C@25℃)	%	90	85	90(일본, Mitsubishi)
3	사이클 특성 (100회, 1C)	%	80	75	80(일본, Mitsubishi)
4	활물질 회수율 (극판기준)	%	95	-	90(일본, TMC)
5	가격 (동일조성 대비)	%	85	-	100(일본, Mitsubishi)

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 3년 이내   ㅇ 정부출연금 : ‘15년 12억원 이내 (총 정부출연금 45억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

관리번호

2015-이차전지-일반-04

중분류 I

중분류 II

과제유형

원천기술형( ), 혁신제품형(◯)

기술분류

이차전지

과제명

EV용 4.35 V 고속충전(30분 이하, 80% 충전) 리튬이온전지기술개발

1. 필요성

ㅇ 전기자동차의 가장 큰 문제점은 장거리주행이 가능한 전지 및 충전시간임.

ㅇ 특히, 현재의 전지시스템은 충전시간이 1시간 이상 소요되어 기존 주유 방식과 같은 충전소 구축이 불가능한 단점이 있음.

ㅇ 전지시스템을 이용한 고속충전은 극판의 박막화 및 저 에너지 밀도구현을 통해 가능하지만 주행 거리의 감소를 가져오는 문제점이 있음.

ㅇ 이를 극복하기 위해서는 고속충전이 가능한 양극, 음극소재 및 분리막의 개발이 필수적이며 율별 특성의 저하없이 에너지 밀도 측면에서도 경쟁력이 있어야 함.

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 고속충전형 리튬이온전지 기술 개발

(TRL :  [시작] 3단계 ～ [종료] 7단계)

- 800 mAh/cc급 음극소재 기술개발 (부피팽창 완화기술개발: 만충전에서 40% 이내)

- 500 mAh/cc급 양극소재기술 개발 (4.35V향 고안전성/고속충전 양극소재 개발)

- 고속 충전가능한 극판설계기술  개발

- 고다공성(기공도 50% 이상)/고내열성(150도 열수축 5% 이하) 분리막 소재 기술 개발

- 산화분해전위 4.7V 이상의 전해질 (첨가제 포함) 개발

- 단위 셀 에너지밀도 200Wh/kg 이상의 리튬이온전지기술 개발

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	충전시간 (SOC)	min	< 30 (>80 %)	90	>40 (<80%) (미국, Tesla)
2	양극 부피당 용량	mAh/cc	>500	400
3	음극 부피당 용량	mAh/cc	>800	600
4	고다공성/고내열성 분리막	기공도(%)/열수축(%)	50% 이상/ 5% 이하	>40% (기공도)
5	전지수명 (full-cell)	% (300회)	> 80	> 80
6	에너지밀도 (셀)	Wh/kg	> 200	> 150	210 (미국, Tesla-Panasonic)

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 3년 이내   ㅇ 정부출연금 : ‘15년 12억원 이내(총 정부출연금 45억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 산업체

관리번호

2015-이차전지-일반-08

중분류 I

중분류 II

과제유형

원천기술형(◌), 혁신제품형(  )

기술분류

이차전지

과제명

중대형 이차전지 국가 전략로드맵

1. 필요성

ㅇ 이차전지의 응용분야가 소형에서 중·대형으로 확대됨에 따라 선진국은 이차전지 로드맵을 수립하여 리튬이차전지산업을 육성하고 있으나, 우리나라는 통합된 국가 로드맵 부재

* 일본 : NEDO의  이차전지 기술개발 로드맵 2013

* 미국 : EERE의 Vehicle Technologies Progrem

* 유럽 : Green Car Initiative(EU), National Electromobility Development Plan(독일), Autolib(프랑스), 자동차와전기차 산업발전계획(중국)

ㅇ 일시적인 세계 이차전지 시장의 변화에 대응하기 보다는 장기적 안목에서 기술과 산업의 트렌드를 전망하고, 이를 토대로 중장기 전략로드맵을 수립하여 체계적이고 종합적인 지원체계 구축이 필요

ㅇ 중대형 이차전지는 향후 경쟁국과 치열한 경쟁이 예상되며, “전지성능 향상”, “안전성”, “저가화”, “수명개선” 등 4大 문제 개선을 통한 제품 차별화전략 등 종합적 로드맵이 마련되어야 함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 산·학·연·관 공동으로 ‘15년~’25년까지 중대형 이차전지의 중·장기 전략로드맵 수립

ㅇ 개발 내용

- 국내외 중대형 이차전지 기술동향 및 산업동향 분석

- 전기차 및 ESS용 등 중대형 이차전지와 신규 Target Product별 생산설비 투자, 인프라, 소재 국산화, 제품 차별화(상기 4大 문제 개선 포함)를 포함하는 R&D전략로드맵 수립

- R&D전략로드맵에 근거하여 이차전지산업 중장기 글로벌 경쟁력 확보할 수 있는 R&D과제 및 정부지원 방안 등 도출

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	리튬이차전지 R&D 전략로드맵	보고서 (건)	1	-	-

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : ‘15년 협약체결부터 12개월, 2년후(‘17년) 로드맵 업데이트(6개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘15년 정부출연금 1.5억원 이내, ‘17년 정부출연금 5천만원 이내

ㅇ 주관기관 : 제한 없음

관리번호

2015-이차전지-일반-09

중분류 I

중분류 II

과제유형

원천기술형(◌), 혁신제품형(  )

기술분류

이차전지

과제명

비리튬계 이차전지 사업화 전략 연구

1. 필요성

ㅇ 세계 이차전지 시장은 리튬이온이차전지를 중심으로 형성되어 있으나, 선진국을 중심으로 전지용량과 수명 향상을 위해 비리튬계 이차전지에 대한 연구와 상용화 추진이 지속적으로 이루어 지고 있음

* 동 RFP에서 “비리튬계 이차전지란 리튬이온 전지를 제외한 비상용화 전지를 말하며, 레독스플로우전지, 전고체전지, 금속공기전지, NaS, 초고용량 패시터, 나트륨 이온전지, LiS, 마그네슘전지, 나트륨 니켈 클로라이드 전지 등

* 국내 리튬이온전지의 기술수준은 세계최고 수준이나 비리튬계 이차전지에 대한 연구개발은 부족한 상황, 선진국은 비리튬계 이차전지의 해결해야할 과제(저가화, 안전성, 수명, 전지성능)을 근본적으로 개선하기 위한 다각적이고 활발한 연구를 진행중

ㅇ 따라서 비리튬계 이차전지의 국내외 기술수준 및 산업동향을 분석하고 이를 바탕으로 사업화 전략마련이 시급함

2. 연구목표

ㅇ 비리튬계 이차전지의 기술분석 및 사업화를 위한 전략 수립

ㅇ 개발 내용

- 국내외 비리튬계 이차전지별 기술동향, 시장동향, 산업동향 분석

- 선진국의 비리튬계 이차전지 사업화 전략 및 정책, 예산투자 현황(추진 사례 포함) 분석

- 국내 비리튬계 이차전지의 문제점과 나아가야할 방향 및 전략 제시

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	비리튬계 이차전지 의 기술분석 및 사업화 전략 수립	보고서 (건)	1	-	-

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 6개월 이내

ㅇ 정부출연금 : ‘15년 정부출연금 1억원 이내(총 정부출연금 1억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한 없음