2019年版 次世代電池市場の現状と将来展望(韓国語版)

차세대 전지(주요 부재 포함)의 사업화 대응을 추진하고 있는 기업 및 연구기관의 현재 동향과 향후의 사업 시책을 조사함으로써 차세대 전지 시장의 현황과 향후의 동향을 파악한다.

発刊日
2019/12/16
体裁
A4 / 294頁
資料コード
C61125820
PDFサイズ
14.5MB
カテゴリ

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調査資料詳細データ

調査概要
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조사 대상 품목
본 조사 보고서에서는 아래 열거한 전지를 ‘차세대 전지’로 하였다. 이러한 명칭은 각 플레이어가 사용하는 명칭을 존중하면서 최종적으로 야노경제연구소의 판단으로 정했다.

조사 방법
야노경제연구소의 전문 조사원에 의한 직접 면담취재 및 정기간행물인 Yano E-plus에서 발췌ㆍ편집(2018년 11월호~2019년 9월호)

조사분석기간
2018년 10월 1일~2019년 9월 5일

조사 결과 포인트:
1.시장동향
2.차세대전지 플레이어의 현황
3.전망과 과제

資料ポイント
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2015년 발간자료(일본어판)의 갱신판으로, 전년판에서 수록한 전지종류는 전부 갱신함과 동시에 최근 새롭게 주목을 받고 있는 전고체전지의 「소형 타입」과 「고용량 타입」등의 2종류를 구분하여, 새로운 종류로서 기재한「신원리/신형전지」을 추가하여 내용을 추가하였다.

資料概要
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제1장 소형 전고체 LIBㆍ박형전지
제2장고용량 전고체 LIB
제3장 나트륨2차전지
제4장 레독스플로우전지
제5장 금속공기전지
제6장 유기2차전지
제7장 다가이온전지
제8장 Li-S전지
제9장 신원리ㆍ신형전지

リサーチ内容

조사결과의 포인트

1.시장 동향
2.차세대 전지 플레이어의 대응
3.전망과 과제

제1장 소형 전고체 LIB박형 전지

기존 박막형 전지 대신에 신타입 소형 전지가 잇따라 등장
카드 및 IoT 기기, BLE 비콘 등에 탑재될 전망

1. 머리말
 1-1. 소형 전고체 LIB의 실용화 동향
  (1) 액체계 LIB와 전고체 LIB
  표. 기존 액체계 LIB의 문제점과 전고체 LIB에 의한 대책
  (2) 박막형과 적층형과 벌크형
  그림. 벌크형 전고체 LIB의 양산품(PLG사의 제품 사례)
  ①박막형 전고체 LIB
  ②적층형 전고체 LIB
  ③크형 전고체 LIB
  표. 전고체 LIB의 타입 분류(제법별)와 관련 기업
 1-2. 소형 전고체 LIB•박형 전지 시장의 현상과 전망
  (1) 2020년 무렵부터 시장규모가 급격히 확대
  그림•표. 소형 전고체 LIB•박형 1차전지의 WW 시장규모 예측(금액: 2018~2030년 예측)
  그림•표. 소형 전고체 LIB•박형 1차전지의 WW 시장규모 예측(금액: 2018~2030년 예측)
  그림•표. 소형 전고체 LIB•박형 1차전지의 WW 시장 매출비(금액: 2018년)
  그림•표. 소형 전고체 LIB•박형 1차전지의 WW 시장 매출비(수량: 2018년)
  (2) 향후는 소형용에서도 ‘벌크형’이 가장 신장
  그림•표. 소형 전고체 LIB•박형 1차전지의 WW 시장 종류 구성(금액: 2022년 예측)
  그림•표. 소형 전고체 LIB•박형 1차전지의 WW 시장 이용분야(금액: 2022년 예측)
2. 주목 기업ㆍ기관의 대응

FDK 주식회사
수요확대가 계속되는 초박형 1차전지에 이어, 초박형 2차전지 및 적층형 전고체 전지도
그림. 박형 리튬1차전지(좌)와 그 적용 사례(OTP 겸용카드)

TDK 주식회사
2018년 상반기부터 ‘CeraChargeTM’ 양산 개시
기존 채용 용도를 중심으로 수요 개척 진행
그림. TDK의 ‘CeraChargeTM’의 외장과 단면도

주식회사 Star Electronics(ProLogium Technology)
세계 최초의 플렉서블 고체 전지는 일본에서도 수요가 본격화될 가능성 높아
그림. PLG제품 LCB의 기본구조(좌)와 ‘FLCB’의 유연성(우)

주식회사 교도(協同)인터내셔널
스퍼터링에 의한 산화물계 고체 전해질 LiPON의 박막 형성을 베이스로
양극음극의 성막 및 리튬 증착장치의 판매도
표. 교도인터내셔널의 LIB용 성막 서비스에 대응하는 막 종류

국립연구개발법인 산업기술종합연구소
단결정 고체 전해질의 신소형 전고체 LIB의 조기 실용화 길 개척

국립학교법인 도쿄공업대학물질이공학원
5V급 전고체 전지의 개발을 위한 큰 성과 획득
2019년도부터는 AI와 로봇을 사용한 신물질 합성 실험장치 본격 가동

제2장 고용량 전고체 LIB

황화물계 전고체 LIB를 중심으로 연구개발이 크게 진전해,
실용화 제품의 프로토타입도 등장, 자동차용 실용화도 앞당겨질 전망

1.머리말
 1-1. 전고체 전지의 진정한 장점이 판명
  표. 자동차용(구동형) 전고체 전지의 장점
 1-2. 전고체 LIB용 고체 전해질의 동향
  그림. 리튬이온전지의 전고체화(개념도)
  (1) 황화물 고체 전해질의 동향
  그림. 벌크형 전고체 LIB의 내부 구조(이미지)
  (2) 산화물 고체 전해질의 개황
  그림. OHARA의 산화물 고체 전해질(LICGCTM)
  (3) 고분자계 고체 전해질 개황
  ①SPE(고체 폴리머 전해질)의 최신 동향
  표. 각종 고체 전해질의 장점과 과제
  ②GPE(겔 폴리머 전해질)의 신전개
  그림. 세키스이화학공업의 필름형 LIB 단셀
2. 고용량 전고체 LIB 시장 전망
 2-1. 올재팬 제2기 개발이 시동
  표. NEDO의 전고체 LIB개발 프로젝트 제2기: 참여 기업
 2-2. 고용량 전고체 LIB의 초기 시장
  그림•표. 고용량 전고체 LIB의 시장규모 추이•예측(금액: 2018년~2030년 예측)
  그림•표. 2030년 고용량 전고체 LIB 시장규모 예측에서의 용도 분류별
  그림•표. EV/PHV 구동용 LIB의 시장규모 추이•예측(금액: 2018년~2030년 예측)
  그림•표. 자동차용 LIB 시장 예측에서 전고체 LIB가 차지하는 비율
  (금액: 2020년, 2030년 예측)
  그림•표. 고용량 전고체 LIB 시장 예측에서의 재료 분류(금액: 2020년, 2030년 예측)
3.주목 기업ㆍ연구기관의 대응

주식회사 OHARA
액체계 LIB에서 전고체 LIB, 금속리튬전지에 각종 LICGCTM 제품 제공 계획,
우선은 분말재에서 소형 LIB의 채용이 시작될 전망
표. OHARA 의 ‘LICGCTM’(산화물계 LIB용 부재) 사업의 전개

이데미쓰코산(出光興産) 주식회사
LPS계 재료의 이온 전도율은 연구단계에서도 ‘10-2S/cm 수준’
그 수요량이 증가하고 있어 ‘파일럿 스케일’ 전환이 시야에
그림. 이데미쓰코산의 LPS계 재료의 샘플과 전고체 LIB의 시제품 예

주식회사 Osaka Soda
PEO계 고분자 고체 전해질은 알갱이 형태 및 시트 형태, 필름 판매
페이스트 형태의 폴리머 용액도 제공
그림. Osaka Soda의 전고체 폴리머 전해질(좌)과 폴리머겔 전해질(우)
그림. Osaka Soda의 축전 디바이스용 수계 바인더와 그 효과(성능 비교)

히타치조선(日立造船) 주식회사
황화물계 전고체 LIB로서 세계 처음으로 실용단계 프로토타입 제작 성공
‘AS-LiB®’라는 이름으로 각종 평가를 진행하면서 실용화를 위한 공동개발도
그림. 히타이조선의 황화물계 전고체 LIB(단셀 프로토타입)
표. 히타치조선의 전고체 LIB(프로토타입)의 기본 사양

국립대학법인 도쿄공업대학 과학기술창성연구원
내외 큰 영향을 준 많은 연구성과를 가졌으나,
계속 고성능 황화물 고체 전해질을 찾아내어 재료의 확충을 목표
그림. LiSiPSCI의 삼차원 골격 구조
그림. 각종 축전 디바이스의 에너지와 출력의 관계(라곤 도표)

제3장 나트륨2차전지

레어메탈프리 2차전지로 일본 국내뿐만 아니라 세계적으로 주목도 향상

1.머리말
 1-1.나트륨의 자원량은 리튬의 1,000배 이상
  표. 2차전지용 재료로서의 리튬과 나트륨의 비교
 1-2.나트륨2차전지의 종류와 주목 동향
  (1) NAS전지(나트륨황전지)
  그림. NAS전지의 작동원리
  그림. NAS전지의 구조(좌: 단전지/중: 시스템/ 우: 모듈)
  (2) 나트륨염화니켈전지
  표. 정치형 LIB와 나트륨2차전지의 특성 비교
  (3) 나트륨이온전지
  ①NIB용 전극재와 전해질 동향
  그림. 나트륨이온전지의 전극재와 작동원리
  표. 나트륨이온전지의 주요 전극재와 전해질
  ②NIB의 실용화와 LIB의 자원문제
  표. 리튬의 생산과 HEV/EV용 LIB에 사용하는 리튬의 필요량
2.나트륨2차전지의 시장 전망
 2-1.정치형 축전지의 현상과 전망
  그림•표. 정치형 축전지의 WW 시장규모 추이 및 예측(금액: 2018년~2030년 예측)
  그림•표. 정치형 축전지의 용도별 WW 시장내역(금액: 2018년)
 2-2.나트륨2차전지의 점유율
  그림•표. 정치형 축전지 WW 시장의 나트륨2차전지의 점유율(금액: 2018년)
  그림•표. 정치형 축전지의 누적 설치용량과 나트륨2차전지의 WW 시장점유율
  (용량: 2017년말 시점)
 2-3.나트륨2차전지의 시장규모 예측
  그림•표. 나트륨2차전지의 WW 시장규모 추이 및 예측(금액: 2018년~2030년 예측)
  그림•표. 나트륨2차전지 WW 시장내역 예측(금액: 2030년)

주식회사 SAYTHING /FZSoNick SA
나트륨염화니켈전지의 직거래 개시
운송용 기기 관련부터 대형 ESS를 포함한 신분야 전개도
그림. FZSoNick사의 나트륨염화니켈전지(단셀과 제품 예)

니혼가이시 주식회사
장시간용 축전지 수요의 세계적인 본격화를 내다보면서
신형 2차전지의 양산도 개시
그림. 니혼가이시의 신형 전지(좌: 컨테이너형 NAS전지/우: EnerCera)

국립대학법인 교토대학 에너지과학연구과(하기와라 연구실)
차세대의 중온 작동형 NIB의 개발 프로젝트에 착수
용융염 전해질에 새로운 전극 활물질을 사용하는 높은 코스트 퍼포먼스
그림. 이온액체를 사용하는 중온 작동형 NIB의 충방전 곡선과 시제품 전지

국립대학법인 도쿄대학 공학계연구과(야마다•오쿠보 연구실)
고성능화의 제한이 큰 나트륨을 사용하면서 LIB를 뛰어넘는 전지의 구축을 목표로 해,획기적인 성과를 얻다
표. LIB용 농후 전해액의 주요 특징
그림. LIB용 농후 전해액의 주요 특징

학교법인 도쿄이과대학 이학부응용화학과(고마바 연구실)
주목도 높은 NIB 관련과 함께 최근에는 칼륨이온전지에도 주력
그림. 하드카본 음극의 Na이온 저장 메커니즘 모델

국립대학법인 나가오카기술과학대학대학원(기능유리공학연구실)
전고체 NIB의 실온 구동에 세계 최초 성공, ‘궁극의 전고체 전지’의 실용화로
그림. 독자적인 양극 활물질/고체 전해질/탄소복합재 합성법의 장점
그림. 전고체 Na이온2차전지의 구조 모식도와 시제품 전지의 점등 테스트

제4장 레독스플로우전지

세계적인 재생에너지발전의 급증이 큰 순풍이 되어, 잠재 수요 확대
뛰어난 개발 성과가 증가해 사업화 시작, 새로운 스테이지 돌입

1.머리말
 1-1.RF전지의 현상과 새로운 성과
  표. 2차전지의 전극반응의 차이와 RF전지
  (1)전극의 표면에 전해액을 흘리다
  그림. 레독스플로우전지의 구성과 반응(충전 시)
  그림. VRF전지의 충방전 원리(바나듐 전해액의 가수 변화)
  (2)RF전지의 셀스택이 진화
  표. RF전지의 셀스택 구성 부재와 그 소재
  (3)전해액의 개발도 크게 진전
  그림•표. RF전지의 제조 코스트 구조(코스트 평가용 RF전지에 의한 시산: 2017년 3월)
  그림. LE 시스템의 바나듐 회수/전해액 제조 프로젝트
 1-2.RF전지와 재생에너지발전의 연동
  (1)RF전지 특유의 기능이 많다
  표. RF전지의 주요 특징(도입 장점)
  그림. RF전지의 설계 자유도(고출력형~대용량형)
  표. 주요 정치형 2차전지의 특징 비교
  (2)재생에너지발전의 증가로 수요 확대
  표. 세계의 총 발전량에서 차지하는 재생에너지발전의 비율(수량: 2018년~2050년 예측)
  (3)장시간형 축전지의 필요성 고조
  표. 재생에너지의 변동전원 도입에 따른 RF전지의 주요 용도 변화
 1-3. 레독스플로우전지의 시장 전망
  그림•표. RF전지의 WW 시장규모 추이•예측(금액: 2018년~2030년 예측)
  그림•표. 정치형 축전지 시장에서 차지하는 RF전지의 WW 시장점유율(금액: 2018년)
  그림•표. 정치형 축전지 시장에서 차지하는 RF전지의 WW 시장점유율
  (금액: 2030년 예측)
  그림•표. RF전지의 이용분야별 WW 시장내역(금액: 2030년 예측)

LE시스템 주식회사
‘EP용매’를 이용한 독자적인 전해액 리사이클 시스템을 확립.
자사 VRF전지용뿐만 아니라 외판 계획도 추진
그림. LE시스템의 실증용 RF전지 사례.

주식회사 Galaxy
개선이 계속되는 플로우형은 2020년 전반에 양산형 프로토타입
나아가 2~3년 안에 정지형의 실용화도
표. Galaxy의 고농도 전해액형 VRF전지(실증기) 가동 실적
그림. Galaxy의 이동형 비상용 RF전지

스미토모전기공업주식회사(住友電気工業株式会社)
신세대형 바나듐계에 티타늄•망간계를 추가한 양륜 전개
그림. 스미토모전기공업의 RF전지

국립연구개발법인 과학기술진흥기구 저탄소사회전략센터
RF 전지 특유의 장점에 주목해, 새로운 코스트 평가법 검토도 실시할 예정.
표. 시산용 RF전지 시스템(정격출력 1MW/정격용량 5MWh)의 구성 기기
그림. 코스트 시산용 RF전지의 서브 셀스택 구조
표. 정격출력 1MW, 정격용량 5MWh의 RF전지 시스템의 제조 코스트 내역

국립대학법인 오사카대학교대학원 공학기계과(쓰시마 연구실)
연료전지기술을 플로우전지에 응용
전극상 계면의 극한적인 이용을 추진하여 한층 고성능화로
표. RF전지의 기술 과제와 과제 개선에 의한 효과
그림. RF전지의 유로 구조와 전해액 유동

제5장 금속공기전지

Li와 Al, Mg를 중심으로 새로운 전개가 시작되어, 2차전지로서의 실용화 시기도 앞당겨진다

1. 머리말
 1-1. 금속공기전지는 연료전지의 일종
 1-2. 에너지밀도가 한 자릿수 이상 높다
  표. 금속공기전지의 주요 음극 금속과 그 특성(-air)
  그림. 각종 디바이스의 에너지밀도와 출력밀도.
 1-3. 금속공기전지의 타입별 개황
  그림. 일반전지(좌)와 금속공기전지(우)의 음극 활물질 저장량.
  (1) 아연공기전지의 동향
  ①버튼형이라도 용량이 크다
  그림. 버튼형 아연공기1차전지의 기본구조
  ② 아연공기2차전지도 제품화
  그림. 아연공기2차전지 제품 사례(좌•중)와 차세대형 시제작 셀(우)
  (2) 마그네슘공기전지의 동향
  ① 비상용 전지로서 상용화
  그림. 마그네슘공기1차전지 발전 메커니즘
  ② Mg연료전지발전과 ‘Mg 순환’
  표. 대표적인 에너지 캐리어의 장점과 과제
  그림. 마그네슘의 순환도
  (3) 리튬공기전지의 동향
  ① 대용량에서도 크게 경량화
  그림. 같은 용량의 LIB와 LAB(좌: 개념도)와 LAB의 에너지밀도(우)
  ② 소프트뱅크가 LAB 개발에 참여
  그림. 리튬공기2차전지 개념도.
  (4) 기타 금속공기전지의 동향
  ①알루미늄공기전지의 주목 기술
  그림. EV용 메카니컬 충전 방식의 Al공기전지(시제작 사례)
  ② 수소/공기2차전지의 실용화
  그림. 수소/공기2차전지 전지 반응
 1-4. 금속공기전지 시장 전망
  그림•표 금속공기전지의 WW 시장규모 추이ㆍ예측(금액: 2018~2030년 예측)
  그림•표 금속공기전지 WW 시장의 2차전지 비율(금액: 2018년)
  그림•표 금속공기전지 WW 시장의 2차전지 비율(금액: 2030년 예측)
  그림•표 금속공기 2차전지 WW 시장의 2030년 내역(금액: 2030년 예측)

VARTA Microbattery Japan 주식회사/VARTA AG
마이크로배터리 사업이 크게 신장해, 실적 확대의 견인차 역할
그림. VARTA제 공기아연전지 ‘파워원’ 시리즈

후지색소(冨士色素) 주식회사/GS얼라이언스 주식회사
이온 액체 전해액에 의한 알루미늄공기전지뿐만 아니라,
전고체형에 대해서도 실용화를 목표로 한다.
그림. 2013년 알루미늄공기전지 시제품과 충방전 커브
그림. 2017년 알루미늄공기전지 시제품이 충방전 커브

후루카와전지(古河電池) 주식회사
본격적인 Mg공기전지 발전시스템 제품화를 통한 시장 개척을 계획
그림. 마그네슘공기전지 ‘MgBOX’(좌)와 ‘MgBOX slim’(우)
표. Mg공기전지와 Mg연료전지 발전시스템 사업화 구상

국립연구개발법인 물질•재료연구기구(NIMS)
LAB의 연구개발에서 세계 최첨단을 독주
원리도 명확화되어 새로운 스테이지에 들어가는 등, 2025년경의 실용화를 목표
그림. CNT 시트 양극의 코인형 LAB(좌)와 방전 석출물(Li2O2)의 소실(우)
그림. 20회 사이클 후의 덴드라이트 발생의 차이(우: 신전해액)
그림. 패시브형 병렬 스택의 개념도와 시제품(우)

제6장 유기2차전지

신형 도전성 고분자전지의 제품화가 가시화, 2차전지 시장에 대한 영향이 불가피

1. 머리말
 1-1. 유기 활물질은 매우 종류가 많다
  (1) 유기 활물질의 충방전 메커니즘
  그림. 라디칼 폴리머(TEMPO 치환) 양극의 흔들의자형 전지
  그림. EAMEX사의 도전성 고분자 전지의 충방전 메커니즘
  (2) 유기 활물질의 주목 재료
  표. 유기 2차전지의 양극용 활물질(검토 예)의 종류
  ① 도전성 고분자(공역계)
  그림. 도전성 고분자 전지(EAMEX사)의 방전용량-전류(C레이트) 특성
  ② 라디칼 화합물(비공역계)
  그림. 유기 라디칼 전지(라지컬 폴리머 전지)와 출력밀도 특성
  ③ 유기 다이설파이드 화합물
  ④ 도너성 화합물
  ⑤ 억셉터성 화합물
  그림. 퀴논류 기타 억셉터 화합물 양극의 방전 곡선
  ⑥기타 화합물
  (3) 고분자계와 저분자 계열
  표. 고분자계와 저분자계의 주요 유기 활물질
 1-2. 유기 활물질은 잠재력이 높다
   표. 유기활 물질의 우위성과 장점
 1-3. 유기2차전지 시장 전망
  표. ‘파워전지’(PWB)와 LIB의 에너지밀도 비교: 단셀/전지모듈/실사용
  표. ‘파워전지’(PWB)와 LIB의 성능 비교
  그림•표. 유기2차전지의 WW 시장규모 추이 예측(금액: 2018~2030년 예측)
  그림•표. 유기2차전지의 타입별 내약, WW 시장(금액: 2030년)

EAMEX 주식회사
EV구동용으로 고특성(풀충전 5분, 1충전 300km 주행) 실현을 확인
우선은 단전지용 애플리케이션 및 산업계 애플리케이션에서의 실적을 쌓는다
표. ‘파워전지’의 주요 성능과 장점
표. LIB와 "파워전지"(PWB)의 재료 코스트 비교
표. ‘파워전지’의 주요 이용 분야와 우위성

국립연구개발법인 산업기술종합연구소 간사이센터
나프타자린 Li염의 개선 및 올리고머화를 진행해
지금보다 약 3배의 대용량 레어메탈프리 저코스트 유기 양극재의 실현으로
그림. 나프타자린 Li염 이량체 양극재의 내구성과 전압 특성(청색 LED 발광)
그림. 안트라퀴논의 올리고머화와 내구성 향상

학교법인 간사이학원 간사이학원대학•이공학부
선진에너지나노공학과
유기물과 무기 양쪽의 성질을 가진 분자 클러스터를 2차전지 양극 활물질로
대용량과 고속 반응의 양립을 목표로 한다
그림. 대표적인 분자 클러스터와 분자 클러스터 전지
그림. Cu-MOF전지의 충방전 곡선(a)과 사이클 특성(b)

학교법인 와세다대•이공학술원 선진이공학연구과
2차전지 개념을 크게 바꾸는 이용 형태의 비약적 다양화를 위해
다양한 신형 유기2차전지 대응이 추진 중
표. 2차전지 전극용 레독스 폴리머의 장점
그림. 레독스 폴리머에 의한 유기공기2차전지의 작동원리

제7장 다가이온전지

파우치형 마그네슘2차전지가 등장해 고용량 제품도 2023년경에 실현될 전망
기타 다가이온전지의 실용화도 앞당겨질 가능성이 크다

1. 머리말
 1-1. 다가금속은 용량밀도가 매우 크다
  표. 주요 금속원소 이온의 가수
  표. 각종 금속의 축전지 음극으로서의 특성.
 1-2. 삽입ㆍ탈리반응과 용해석출반응
  그림. 인터칼레이션 반응의 이미지  
 1-3. 고성능 전해액으로 음극 반응이 크게 개선
  그림. Mg 금속계 음극의 용해석출반응을 표시한 그래프와 석출한 Mg의 전자현미경상
  표. 다가이온전지의 장점과 개선과제
2. 주요 전지의 개발 동향과 시장화 전망
 2-1. 마그네슘 2차전지의 현상
  (1) 전해액의 개발 동향
  (2) 양극재의 개발 동향
  표. ALCA-SPRING의 마그네슘2차전지 프로젝트에 의한 신개발 양극재 개요
 2-2. 기타 다가이온전지의 개발 동향
  (1) 칼슘2차전지
  그림. Ca2차전지 삽입탈리반응형 양극재에 적절한 결정 구조
  (2) 알루미늄2차전지
  그림. 새로운 Al2차전지용 유기 전해액에 의한 전극반응과 석출한 Al의 전자현미경상
 2-3. 다가이온전지 시장화 전망
  그림. SAITEC의 Mg 축전지 프로토타입(파우치형과 코인형)
  그림•표. 다가이온전지의 초기 시장 전망(금액: 2018~2030년 예측)
3. 주목 기업•연구기관의 대응

FUJIFILM Wako Pure Chemical 주식회사
할로겐을 함유한 전해액으로 Mg 2차전지 양극 개발 진전에 기여
향후는 전지팩 개발에도 적극 관여
그림. ‘Maglution’에 의한 마그네슘2차전지의 연구영역 확대(우측 그림)
그림. ‘Maglution®B02’에 따른 용해•석출(좌)과 시제작 전지(Mo6S8양극)의 충방전 곡선(우)

사이타마현립산업기술종합센터(SAITEC)
Mg동합금 개발을 진행함으로써 대폭적인 출력 향상을 겨냥
소형 애플리케이션부터의 상용화를 목표로 해, 자동차용으로의 전개도 시야에
그림. SA 피막과 충방전 전위(좌: SA 피막 미형성, 우: SA 피막 형성)
표. SAITEC의 MgB 개발체제와 상용화 로드맵

학교법인 도쿄이과대학 이공학부 첨단화학과(이데모토 연구실)
암염형 및 스피넬형, 층상암염형 MRB용 양극재 개발 성공
실온 작동을 위한 최적화를 진행해 대용량 MRB 프로토타입 제작으로
그림. MRB용 신개발 스피넬형 양극재(MgCo1.5-1.6Mn0.4-0.5O4)의 특성
그림. MRB용 신개발 층상 암염형 양극재(Li.1-X(Mn, Ni, Co)O2)의 특성

공립대학법인 오사카부립대학대학원 공학연구과(전기화학그룹)
알루미늄2차전지 대폭 고성능화 실현
신규 전해액의 메커니즘 규명과 새로운 전극반응에 의한 양극개발을 추진.
그림. 신규 개발 전해액의 석출용해반응(CV도)과 석출 Al 주변의 피막

국립대학법인 도요하시기술과학대학 전기•전자정보공학계(사쿠라이•이나다 연구실)
고성능의 CIB용 전해액 개발에 대한 중요한 지표를 제시하고, 개발 가속화를 위해 주력
그림. 전해액에 물 첨가에 의한 CIB 양극의 충방전 특성의 변화(과전압 감소)
그림. 물 첨가에 따른 CIB 전해액 구조의 변화

제8장 Li-S전지

LIB에도 사용할 수 있는 고용량 황계 전극재 및 전해질로 큰 성과
소형 고성능 리튬황전지는 조기 실용화도

1. 머리말
 1-1. 용량밀도는 혁신형 전지에서 톱 클래스
  (1) 황계 전지는 Na-S전지가 선행
  그림. 공업용 황 제품(좌: 덩어리 형태 황, 중: 작은 덩어리 형태 황, 우: 황 가루)
  (2) 황계 양극재의 용량은 LIB의 약 10배
  그림. 리튬황전지의 에너지밀도(중량용량밀도)
 1-2. Li-S전지의 전극반응과 개선 과제
  (1) 특유의 전극반응으로 용량이 확대
  표. 리튬이온전지와 Li-S전지의 전극반응
  (2) 레독스 셔틀이 큰 문제
  그림. Li-S의 원리(좌)와 유기 전해액 속의 양극 S8황의 반응(우)
  표. Li-S 전지 장점과 개선 과제
 1-3. 주요 부재의 개발 동향
  (1) 유기 황계 양극 개발 성과
  ① 황-탄소(S-C) 복합체 양극재
  ② 폴리황화탄소 양극재
  표. 폴리황화탄소 양극((CS)n)과 다른 양극재의 특성 비교(시제작 LIB)
  ③ 황변성 폴리아크릴로니트릴 양극재
  그림. ‘SPAN’의 외관 및 전자현미경 상(좌)과 주요 특징
  ④ 타이어 성분 유래 유기 황계 양극재
  그림. 폐타이어(황 함유 고무)에서 전극재가 되는 과정
  (2) 무기 황계 양극의 개발 성과
  ① 금속다황화물 양극재
  그림. VS4(금속다황화물) 양극의 8Ah급 셀(좌)과 그 충방전 곡선
  ② 황화리튬계 고용체 양극재
  그림. Li2S 베이스 고용체와 전고체화에 의한 용출 방지
  그림. Li2S 베이스 고용체 양극의 전고체 전지와 액체계 Li-S전지의 사이클 특성
  (3) 전해질의 개발 성과
  ① 유기 전해액과 고체 전해질
  ② 용매화 이온 액체 전해액
  그림. 용매화 이온 액체의 구조와 연소시험, 다황화리튬의 용해도(우)
  (4) 분리막의 개발 성과
  그림. MOF(금속유기구조체)에 의한 Li-S전지용 분리막
 1-4. 고에너지밀도화와 저코스트화
  그림•표 Li-S전지 전극 용량의 현재와 전망(JST-LCS의 평가 시나리오)
  (수량: 현재~2030년 예측)
  그림•표. Li-S전지와 LIB의 에너지밀도 비교(수량: 현재, 2030년 예측)
  그림•표. Li-S전지와 LIB의 제조 코스트 비교(금액: 현재, 2030년 예측)
 1-5. 몇 년 이내에 우선 벤처계 제품이 등장
  표. 일본계 기업에 의한 Li-S전지, 황계 양극재 개발 사례.
  그림. OXIS Energy사의 Li-S전지 사례(파우치형 셀)
 1-6. 2020년대 후반에 초기 시장이 형성된다
  그림•표• Li-S전지 초기 세계 시장의 전망(LIB용 황계 양극 단독은 미포함)
2. 관련 기업 및 연구기관의 대응
 2-1. 황계 양극 사업과 Li-S전지의 코스트 문제
 2-2. 주목 연구기관의 개발 동향

주식회사 ADEKA
‘SPAN/황변성 폴리아크릴로니트릴’ 샘플 제공 시작
양극재뿐만 아니라 음극재로서도 뛰어난 특성을 지닌다
그림. SPAN 양극 셀(좌)과 SPAN 음극 셀(우)의 충방전 사이클 특성

주식회사 르네시스/도쿄탄소공업주식회사
폐타이어 처리에서 전극재를 추출하는 독자 기술 확립
하드카본 음극재와 유기 황계 양극재를 순차적으로 사업화
그림. ‘타이어전지®’의 연구개발 경위

국립연구개발법인 과학기술진흥기구 저탄소사회전략센터
Li-S전지 보급을 위해 구체적인 수치를 제시하고 필요한 개발 목표를 제안
표. Li-S전지 4모델의 전극 성능과 황•전해액의 사용량
표. Li-S전지와 LIB의 전지 성능과 제조 코스트의 현황과 전망
그림•표. 현재 Li-S전지와 LIB의 원재료비에 차지하는 전해액과 분리막의 비율(금액 기준,%)

국립연구개발법인 산업기술종합연구소 에너지•환경영역
금속다황화물 양극의 성과에 큰 반향
당면한 목표는 물론, 2030년 로드맵 달성도 시야에
표. 산업기술종합연구소에 의한 금속다황화물 양극재 사례

공립대학법인 오사카부립대학대학원 공학연구과(무기화학연구그룹)
전고체 Li-S전지 관련 연구개발에도 일찍이 착수하여 획기적인 성과
그림. Li2S 베이스 고용체 양극을 사용한 전고체 전지의 충방전 곡선(우)와 사이클 특성

학교법인 도쿄도시대학 공학부에너지화학과(고분자•바이오화학연구실)
고순도 폴리황화탄소 합성에 세계 처음으로 성공
내열성 개선과 전도성의 한 자릿수 향상을 도모해, 몇 년 내 실용화
그림. 폴리황화탄소의 화학구조와 가압 성형 샘플
표. 폴리황화탄소의 주요 특징과 황계 양극재로서의 장점

국립대학법인 요코하마국립대학원 공학연구원(와타나베•독고•우에노 연구실)
높은 Li이온 수율과 높은 이온 전도율을 양립시킴으로써
Li-S전지의 중요 과제인 고출력화를 실현하는 큰 발판으로
그림. 용매화 이온 액체의 Li2S8 용해도와 동 액체 전해질 Li-S전지의 충방전 특성
그림. 용매화 이온 액체에서 Li이온의 호핑 전도

제9장 신원리/신형 전지

기업의 독자 개발에 의한 상용화가 시작되고 있으며, 2019~2020년경부터 신시장 형성
1. 머리말
 1-1. 신원리 전지는 국가 프로젝트의 개발 사례가 많다
  표. 각종 신원리 전지와 그 특징(주목 사례)
 1-2. 신형의 고기능 LIB 및 신구조 LIB 도 등장
  표. 특색 있는 신형 전지(신개발 고기능 LIB, 신구조 LIB)의 주목 사례
 1-3. 신원리 전지의 시장화 전망
  그림•표. 신원리 축전지의 WW 시장화 전망(금액 기준: 2018~2030년 예측)

CONNEXXSYSTEMS 주식회사
여러 신형 전지를 고안•개발하여 조기 실용화로
리튬공기전지 이론치도 뛰어넘는 고에너지밀도 전지도
그림. BIND BatteryTM의 안전성 회복 기능과 가정용 축전 시스템(우)
그림. HYPER BatteryTM의 충방전 성능(입출력 특성)과 프로토타입(우)
그림. SHUTTLE BatteryTM의 기본구조와 시제품 셀(우)

PJP Eye 주식회사
카본 축전지는 자전거부터 탑재 시작
향후에는 탑재 애플리케이션 기기 및 주변 기기를 브랜드화해 확대 전개를 추진
그림. PJP Eye의 ‘Laboratory6’ 제품 사례

주식회사 Qualtec
수계 포화 전해액에 의한 신형 커패시터는
기존 커패시터가 안고 있는 문제를 해결할 가능성 높아
그림. 수계 포화 전해액에 의한 신형 커패시터의 충방전 곡선

주식회사 Ricoh
듀얼이온전지(DIB)의 양극재를 중심으로 하는 재료공급 전개 계획
2세대 DIB 개발도 상정
그림. 듀얼이온전지(DIB)의 기본구조와 작동원리
그림. 듀얼이온전지(DIB)의 입력 특성(좌)과 사이클 특성

국립연구개발법인 물질•재료연구기구
Al 음니온 2차전지는 코스트 및 안전성, 환경성능 등에서 LIB와 차별화할 수 있을 가능성 있어
그림. 프로브형 전극에 의한 검사(우)와 Al음니온2차전지의 구조

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