각형 리튬형 전지롤 구조체

Ⅰ. 제안기술 개요

기술의 내용 기술의 동향 제품화 및 시장 전망

각형 이차전지의 케이스에 내장되

는 각형 리튬형 전지롤 구조체에 관

한 기술임

복수개의 양극 전극판과 음극전극

판 및 분리막으로 형성된 제1각형

리튬형 전지롤 구조체와 제2각형

리튬형 전지롤 구조체를 병렬로 연

결하여 대용량의 전기를 생성할 수

있음

[국내동향]

본 기술이 적용되는 리튬 이차전지

시장규모는 용량 기준으로 2015년

68GWh에서 2020년 275GWh로 연평

균 32% 성장할 것으로 전망되며, 금

액 기준으로 2015년 230억 달러에서

2020년 800억 달러로 연평균 28%

성장할 것으로 전망됨

리튬 이차전지는 IT용 소형전지에서

중대형 전지로 시장 주도권이 이동해

가고 있으며, EV, ESS 시장 성장과 함

께 성장 속도는 더욱 가속화될 것으

로 예상되고 있음

국내 리튬 이차전지 분야는 삼성

SDI와 LG화학이 기술 개발을 선도

하고 있으며, 각형 및 파우치형 전

극 구조체를 갖는 배터리를 개발하

여 상용화하고 있음

[해외동향]

해외의 경우 파나소닉, 산요, PEVE 등

이 기술력을 기반으로 리튬 이차전지

사업화를 추진 중이며, 중국 BYD 등은

가격경쟁력 뿐만 아니라 기술경쟁력을

갖춘 제품 상용화를 통해 시장 점유율

을 확대해 나가고 있음

상용화단계

일반 □ 아이디어 □ 연구 ■ 개발 □ 개발완료(시제품) □ 제품화

의약바이오 □ 라이센싱 □ 개발 □ 제품화

핵심키워드

한글 리튬 이차전지 전극 구조체 양극판 음극판 각형 배터리

영문Lithium

secondary cell

Electrold

Structurepositive plate negative plate angular battery

Ⅱ. 기술개발자 정보

기관명 영남대학교 산학협력단 부 서 신소재공학부

성 명 조계현 직 급 교수

전 화 053-810-2479 이메일 kcho@ynu.ac.kr

Ⅲ. 특허정보

특허현황 사업화 대상기술 관련특허 등록 1건, 총 1건

구 분 상 태 출원(등록)일 권리번호 특 허 명

대상기술1 등록 2013.11.21 10-1333913 각형 리튬형 전지롤 구조체

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1. 기술권리성

① 권리구성의 적절성

ㅇ 본 기술은 각형 이차전지의 케이스에 내장되는 각형 리튬형 전지롤 구조체에 관한

기술로서, 복수개의 양극 전극판과 음극 전극판 및 분리막으로 형성된 제1각형 전

지롤 구조체와 제2각형 전지롤 구조체를 병렬로 연결하여 대용량의 전지를 생성할

수 있는 기술임

ㅇ 본 기술과 관련된 특허는 한국등록특허 제 10-1333913호로서, 각형 리튬형 전지롤

구조체를 제1각형 리튬형 전지롤 구조체와 제2각형 리튬형 전지롤 구조체의 제작

과정 및 이들을 적층하여 각형 리튬형 전지롤 구조체를 제작하는 과정 및 구조도

를 제공함

발명의 명칭 각형 리튬형 전지롤 구조체

특허권자 영남대학교 산학협력단

출원번호(출원일) 10-2012-0007369(2012.01.25)

등록번호(등록일) 10-1333913(2013.11.21)

청구항 총 4 항

발명자 조계현 외 3인

[표 1] 사업화 대상특허 개요

② 권리의 범위

ㅇ 사업화 대상특허는 각형 리튬형 전지롤 구조체에 관한 것으로서, 국내에 2012년 1

월 25일자로 출원 및 심사 청구되어, 특허 등록을 완료하였으며 현재까지 유효하

게 존속되고 있음

ㅇ 사업화 대상특허의 청구범위는 총 1개의 독립항과 3개의 종속항으로 구성되어 있

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청구항 권리 범위

[청구항 1] 독립항

각형 리튬형 전지롤 구조체를 구

성하는 제1각형 리튬형 전지롤

구조체와 제2각형 리튬형 전지롤

구조체 및 이들을 연결하여 형성

된 각형 리튬형 전지롤 구조체

제작 방법을 권리화하고 있음

일단에 제1탭이 형성된 복수개의 양극 전극판과, 일단에 제2탭이 형

성된 복수개의 음극 전극판이 순차적으로 적층되며, 상기 양극 전극판

과 상기 음극 전극판 사이에는 복수개의 분리막이 위치되며, 복수개의

상기 제1탭과 상기 제2탭을 포밍하여 제작된 제1각형 리튬형 전지롤

구조체;

상기 제1각형 리튬형 전지롤 구조체의 일단 양측에 형성된 제1탭 압

착부 및 제2탭 압착부에 끼워지는 제1단자 케이스;

일단에 제3탭이 형성된 복수개의 양극 전극판과, 일단에 제4탭이 형

성된 복수개의 음극 전극판이 순차적으로 적층되며, 상기 양극 전극판

과 상기 음극 전극판 사이에는 복수개의 분리막이 위치되며, 복수개의

상기 제3탭과 상기 제4탭을 포밍하여 제작되며, 상기 제1각형 리튬형

전지롤 구조체의 상부에 위치하는 제2각형 리튬형 전지롤 구조체;

상기 제2각형 리튬형 전지롤 구조체의 일단 양측에 형성된 제3탭 압

착부 및 제4탭 압착부에 끼워지는 제2단자 케이스; 및 이격된 상기 제1

단자 케이스와 상기 제2단자 케이스를 연결하는 터미널을 포함하며,

상기 제1단자 케이스와 상기 제2단자 케이스는 상기 제1탭 압착부

내지 제4탭 압착부가 삽입되는 삽입부와, 상기 삽입부의 중앙부에서

일측으로 돌출되는 돌출부로 이루어지고, 상기 돌출부에는 체결수단이

삽입되는 단자체 결홀이 형성되는 각형 리튬형 전지롤 구조체.

[청구항 2] 종속항삭제됨

삭제

[청구항 3] 종속항

제1각형 전지롤 구조체와 제2각

형 전지롤 구조체를 연결하는 터

미널 구조를 부가 한정하고 있음

청구항 1에 있어서, 상기 터미널은 사각형상의 형상의 몸체를 가지

고, 상기 몸체에는 상기 체결수단이 관통하는 관통홀이 형성되며, 상

기 몸체의 일단에는 접지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리

튬형 전지롤 구조체.

[청구항 4] 종속항

양극 전극판과 음극 전극판에 각

각 형성된 탭들이 수평선상으로

이격되게 형성된 각형 리튬형 전

지롤 구조체를 부가한정하고 있

음

청구항 1에 있어서, 상기 제1각형 리튬형 전지롤 구조체는 상기 양

극 전극판과 상기 음극 전극판을 적층 시에 상기 양극 전극판의 일단

에 형성된 제1탭과 상기 음극 전극판의 일단에 형성된 제2탭이 수평

선상으로 이격되게 형성되고,

상기 제2각형 리튬형 전지롤 구조체는 상기 양극 전극판과 상기 음

극 전극판을 적층 시에 상기 양극 전극판의 일단에 형성된 제3탭과

상기 음극 전극판의 일단에 형성된 제4탭이 수평선상으로 이격되게

[표 2] 사업화 대상특허 청구항

으며, 각형 리튬형 전지롤 구조체를 구성하는 제1각형 리튬형 전지롤 구조체와 제

2각형 전지롤 구조체의 구조와 이들을 연결하여 형성된 각형 리튬형 전지롤 구조

체를 권리범위로 설정되어 있음

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특허번호한국등록특허

제1101046호 (2011.12.23)

한국등록특허

제08932253호 (2009.04.06)

특 허 명 전극 조립체 및 그를 구비하는 이차 전지 용량 및 안정성을 향상시킨 이차전지

출 원 인 삼성에스디아이 주식회사 주식회사 엘지화학

기술요약

대용량의 전류를 생성하는 전극 조립체 및 그

를 구비하는 이차전지에 관한 기술.

교대로 배치된 복수의 양극판 및 음극판, 양극

판 및 음극판 사이에 배치된 세퍼레이터, 복수

의 양극판에 각각 형성된 복수의 양극 탭, 복

수의 음극판에 각각 형성된 복수의 음극 탭,

복수를 양극 탭을 수용하는 클립 및 클립에 연

결된 리드 선으로 이루어진 양극 리드, 및 복

수의 음극 탭을 수용하는 클립 및 클립에 연결

된 리드선으로 이루어진 음극 리드를 포함하

며, 클립 사이로 복수의 양극 탭 및 음극 탭이

용량과 안정성을 향상시킬 수 있는 전극조립체

에 관한 것으로서, 분리막이 개재된 상태로 다

수의 전극 판들을 적층하고 이들의 전극 탭들을

상호 연결하는 구조의 전극조립체가 전지케이스

에 내장되어 있는 이차전지.

각각의 전극판에는 이들을 병렬 방식으로 상호

연결하기 위한 탭들이 형성되어 있고, 그 중 하

나 또는 둘 이상의 양극판 및 음극판에는 상기

전극간 연결용 탭 이외에 전극리드에 연결하기

위한 탭이 추가로 형성되어 있으며, 전극간 연

결용 탭과 전극리드 연결용 탭은 동일 변에 형

[표 3] 선행특허문헌 분석

형성되는 것을 특징으로 하는 각형 리튬형 전지롤 구조체.

[청구항 5] 종속항

제1탭 내지 제4탭을 리벳과 압착

수단을 이용해 균등하게 압착하

여 포밍하는 것을 부가한정하고

있음

청구항 1에 있어서, 상기 제1각형 리튬형 전지롤 구조체의 제1탭 및

제2탭의 포밍과, 상기 제2각형 리튬형 전지롤 구조체의 제3탭 및 제4

탭의 포밍은 리벳과 압착수단을 이용하여 상기 제1탭 내지 제4탭의

상부와 하부에서 균등하게 압착하는 것을 특징으로 하는 각형 리튬형

전지롤 구조체.

③ 권리의 안정성

ㅇ 사업화 대상특허는 현재까지 유효하게 존속되고 있는 권리이며, 리튬 이차전지 전

극 구조체 기술에 관한 특허 조사 결과, 선행 특허들은 이차전지의 용량 및 안정

성을 향상시킬 수 있는 구조체 등에 관련된 것들이나 본 사업화 대상특허와 동일

하거나 또는 이용저촉관계가 성립될 수 있는 특허가 아님에 따라 본 사업화 대상

기술에 대한 특허는 권리로 인한 다툼의 발생 가능성은 낮음

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삽입되어 압착되는 전극 조립체. 성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.

관련도

분석

A A

* 관련도 : X - 관련높음, Y - 관련있음, A - 관련은 없으나 참고할 자료* X, Y - 주요참증에 해당, A - 참고참증에 해당

조사결과본 사업화 대상 기술은 리튬이차전지 전극구조체에 관한 것으로서, 이와 관련한 선행특허문헌조사결

과, [한국등록특허 1101046], [한국등록특허 08932253]이 선행특허문헌으로 조사됨

2. 시장규모

ㅇ 본 기술이 적용되는 리튬 이차전지 시장규모는 용량 기준으로 2015년 68GWh에서

2020년 275GWh로 연평균 32% 성장할 것으로 전망되며, 금액 기준으로 2015년

230억 달러에서 2020년 800억 달러로 연평균 28% 성장할 것으로 전망됨

[그림 3] 글로벌 리튬이온전지 시장 전망(좌:용량기준, 우:금액기준)

(출처: SNE Research, NH투자증권 리서치센터)

ㅇ 리튬 이차전지는 형태에 따라 각형, 원통형, 파우치형(폴리머) 전지로 분류되는데,

소형전지 기준으로 스마트폰 배터리 타입 전환, 웨어러블 기기 수요 증가 등으로

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파우치형 전지의 시장 확대가 예상되며, 원통형 전지도 e-Bike, EV 시장 확대 등으

로 수요가 증가할 것으로 전망하고 있음

[그림 4] 리튬 이차전지 배터리 타입

(출처: SISA BIZ)

[그림 5] 글로벌 리튬이온전지 타입별 시장 전망(소형전지 기준)

(출처: SNE Research, NH투자증권 리서치센터)

ㅇ 시장조사기관 SNE리서치에 따르면 2015년 1월부터 10월까지 전 세계에 출하된

EV에 탑재된 배터리의 타입은 각형이 47%(약 4.9GWh)를 차지하였으며, 이어 미

국의 테슬라 자동차의 판매호조에 힘입어 원통형이 28%(약 2.9GWh), 파우치형이

25%(약 2.6GWh)의 점유율을 나타냈다고 보고됨

ㅇ 리튬 이차전지의 최대 수요처가 될 것으로 전망되는 EV 시장에서 현재 각형 전지

의 점유율이 가장 높게 나타나고 있으며, 중대형 사이즈의 전지를 필요로 하는 제

품군에서도 각형의 수요는 증가할 것으로 전망됨

ㅇ 본 기술이 적용되는 리튬 이차전지의 주 수요처는 스마트폰, 노트북, Tablet PC 등

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을 포함한 IT전자기기로, 이들 제품들이 소형화, 경량화, 고성능화되는 과정에서

리튬 이차전지 채택률이 확대되고 출하량이 증가함

[그림 6] 소형 리튬 이온전지 Application별 시장규모 및 비중

(출처: SISA BIZ)

ㅇ 리튬 이차전지 최대 수요처로 전망되는 글로벌 전기차(EV) 시장은 지속적인 신규

모델 출시와 가격 인하를 통한 성장성 강화, 각국 정부 보조금 지급 정책과 환경

규제 강화를 통한 제도적 장치 강화 등이 시장 성장을 견인할 것으로 전망되며,

보급 확대의 걸림돌이었던 충전 관련 문제가 해결된다면 시장 성장은 가속화될 것

으로 전망됨

ㅇ 글로벌 EV 시장규모는 2015년 216만대에서 2020년 1,044만대로 연평균 37% 성장

할 것으로 예상되며, 이는 전체 자동차시장에서 EV가 차지하는 비중이 2%에서

10%로 증가됨을 의미하며, EV 시장 성장에 따라 EV용 리튬이온전지 시장도 2015

년 9GWh → 2020년 159GWh로 연평균 76% 확대될 전망임

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[그림 7] 글로벌 xEV 및 xEV용 리튬이온전지 시장 전망

(출처: SNE Research, NH투자증권 리서치센터)

ㅇ 또 다른 리튬 이차전지 수요처 중 하나인 전력저장장치(ESS)는 에너지 효율 개선

요구 및 신재생에너지 전력 안정화 필요로 ESS에 대한 수요는 지속적으로 확대될

것으로 전망되며, 각국 정부도 ESS 보급 확대를 위한 지원정책을 활발히 추진 중

에 있음

ㅇ 이에 글로벌 ESS 시장은 2015년 24GWh에서 2020년 52GWh로 연평균 17% 성장할

것으로 예상하며, ESS용 리튬이온전지 시장도 2015년 2GWh에서 2020년 20GWh로

연평균 52% 확대될 전망임

[그림 8] 글로벌 xEV 및 xEV용 리튬이온전지 시장 전망

(출처: SNE Research, NH투자증권 리서치센터)

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3. 기술 유용성

① 혁신성 및 파급성

ㅇ 본 기술은 각형 이차전지의 케이스에 내장되는 각형 리튬형 전지롤 구조체에 관한

것으로서, 복수개의 양극 전극판과 음극 전극판 및 분리막으로 형성된 제1각형 리

튬형 전지롤 구조체와 제2각형 리튬형 전지롤 구조체를 병렬로 연결함으로써 대용

량의 전기를 생성할 수 있음

ㅇ 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 단일 전지의 출력과 용량으로 작동이 가능하지만

노트북, 캠코더 등의 모바일 기기 또는 전력 소모가 많은 EV, ESS 등은 장기간 구

동하기 위해서는 대전력 구동이 필요함

ㅇ 이에 본 기술은 대용량의 전기 생성이 가능한 리튬형 전극 조립체를 제공함으로써

대전력 구동이 필요한 다양한 제품군에 활용할 수 있음

ㅇ 본 기술이 적용되는 리튬 이차전지는 휴대폰, 노트북 등 소형 IT 기기뿐만 아니라

최근 대용량화 기술이 발전함에 따라 전력저장장치용 대용량 이차전지(ESS), 친환

경 자동차(EV) 중심으로 적용 분야가 확대되고 있음에 따라 다양한 제품군에 적용

가능함

[그림 9] 이차전지 적용분야 확대

(출처: 국가기술표준원, KATS 기술보고서 ‘이차전지 표준화 동향’, 2016.03)

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② 기술수명

ㅇ 본 기술이 속하는 리튬 이차전지 시장은 EV 및 ESS 등의 중대형 이차전지 수요

증가로 새로운 성장기에 접어들고 있음

ㅇ 본 기술은 대용량의 전기를 생성해 낼 수 있는 전극 구조체를 제공함에 따라 대전

력이 구동원을 필요로 하는 시장 수요에 부합하는 기술로서, 상용화 성공 시 상당

기간 기술 활용이 가능할 것으로 보여짐

ㅇ 또한 본 기술을 권리화하고 있는 특허는 2012년 1월 25일에 출원이 진행되어 현재

등록 유지 중이며, 특허권은 특별한 사유가 발생하지 않는 한 2032년 1월 25일(출

원일로부터 최대 20년)까지 존속될 것으로 예상됨

③ 고객에게 미치는 영향

ㅇ 리튬 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장

점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친

환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있음

ㅇ 대용량 이차전지가 요구되고 있는 전기자동차 및 에너지 저장 장치에 적용하기 위

해서는 현재의 리튬이온 전지로는 에너지 밀도 측면에서 한계를 지니고 있음에 따

라 기존 리튬 이차전지를 넘어서는 안전하면서도 가격적으로 저렴하며, 고용량 장

수명 특성을 지닌 새로운 이차전지 시스템 개발이 필수적으로 요구되고 있음

ㅇ 본 기술은 안정성이 증가되고, 대용량의 전기를 제공할 수 있는 리튬형 전지롤 구

조체에 관한 기술로 시장에서 필요로 하는 안전성 및 고용량 특성을 만족시킬 수

있을 것으로 예상됨

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[그림 10] 리튬 이차전지 적용 시장 및 R&D 방향

(출처: 한국과학기술연구원)

④ 연구개발지원

ㅇ 정부는 현재 리튬 이차전지 한계를 극복한 중소형 차세대 전지 및 대용량 전지 원

천기술 개발과 중소형 전지 글로벌 경쟁력 지속 및 대형 이차전지 상용화를 위한

기술 개발을 목표로 이차전지 분야의 연구개발을 지원하고 있음

연도 2012 2013 2014 2015 2016

지원 금액 19,188 45,415 31,050 10,540 6,503

* 출처: 미래창조과학부

[표 4] 이차전지 분야 지원(정부출연금 현황)

(단위: 백만원, %)

ㅇ 미래창조과학부는 ‘2016년 R&D 투자계획 및 전략’ 발표를 통해 차세대 이차전

지 (LiS, Li-\air 전지, flow battery 등) 원천 기술 중심의 혁신적 이차전지 개발을

추진할 예정임

ㅇ 중소형 이차전지 글로벌 경쟁력 유지를 위해 ①리튬이온전지 성능 향상 ②초고용

량 커패시터 에너지밀도 향상 ③차세대 이차전지 에너지밀도 향상을 위한 투자를

계획하고 있음

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ㅇ 또한 대용량 이차전지 상용화 촉진을 위해 ①ESS 저가화, 장수명화, 고효율화 ②

차세대 대용량 이차전지 원천기술 개발을 위한 투자를 계획하고 있음

[표 5] 미래부 이차전지 분야 R&D 지원현황

4. 기술 경쟁성

① 차별성

ㅇ 근래에는 리튬 이차전지가 다양한 전자기기를 넘어 EV 등의 전원으로도 사용됨에

따라 리튬 이차전지의 용량의 증가 및 안전성 등이 중요한 문제로 대두되고 있음

ㅇ 이에 리튬 이차전지의 용량을 증가시키기 위한 파우치형으로 제조된 단위 전지셀

을 여러개 적층하고 전기적으로 연결하여 전지팩을 조립함으로써 요구되는 용량의

리튬 이차전지를 제공하고 있음

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[그림 11] 리튬 이차전지 제조공정과 구성

(출처: : Avicenne, FraunhoferInstitute, 삼성증권 정리)

ㅇ 이러한 전지팩의 크기는 용도상 무한히 커질 수 없으며 되도록 가볍고 컴팩트하면

서도 대용량일 것이 요구되고 있으며, 또한 일정한 단위 면적을 갖는 전지팩에는

다수의 단위 전지셀들이 전기적으로 연결되어 있으므로 이들 단위 전지셀들 중 어

느 하나에 발열 또는 쇼트 현상이 일어나는 경우, 전지팩이 폭발할 수 있는 위험

이 발생할 수 있어 이러한 위험 문제를 낮추고 안정성을 향상시킨 전지팩에 대한

요구가 증대되고 있음

ㅇ 기존 전지팩에 포함되는 단위 전지셀의 경우 이차전지 케이스에 전극 조립체가 수

용되는데, 전극 조립체는 잘 알려진 대로, 양극판, 분리막, 음극판 순으로 배치된

상태에서 젤리-롤형으로 와인딩되거나 다수장이 적층형으로 라미테이팅되어 있음

ㅇ 대용량의 전기를 발생시키기 위해서는 다수의 양극 집전체가 구비되어야 하고, 양

극 집전체의 양극 탭들을 일체로 연결하기 위해 융착부를 형성하여야 하나, 용착

부를 형성함으로 인해 전지케이스 내부 상단은 전극조립체의 상단면으로부터 일정

한 거리만큼 이격되어 있음

ㅇ 이에 따라 전극조립체의 상단면과 절연필름 사이의 거리가 매우 크며, 전극 탭과

전극리드의 용착부 주변으로는 전지의 용량 등과는 무관한 사공간(Dead space)이

고, 또한 가스 등이 발생하는 경우 이곳에 고이는 문제점이 발생함

ㅇ 또한 융착부의 탭들이 압착되어 한쪽으로 절곡되는 형상을 가짐으로 인하여 변형

이 심하고, 그로 인해 절곡부위가 절단되는 문제점이 발생함

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[그림 12] 기존 파우치형 이차전지 구조도

ㅇ 본 기술은 기존 파우치형 이차전지 구조가 갖는 문제점이 개선된 각형 리튬형 전

지롤 구초체에 관한 것으로서, 복수개의 양극 전극판과 음극전극판 및 분리막으로

형성된 제1각형 리튬형 전지롤 구조체와 제2각형 리튬형 전지롤 구조체를 병렬로

연결하여 대용량의 전기를 생성할 수 있는 장치임

[그림 13] 본 기술에 따른 각형 리튬형 전지롤 구조체

ㅇ 본 기술에 따른 제1각형 리튬형 전지롤 구조체는 복수개의 양극 전극판과, 복수개

의 음극 전극판이 순차적으로 적층되며, 이들 사이에 복수개의 분리막으로 이루어

짐. 양극 전극판 각각의 일단에는 제1탭이 형성되고, 음극 전극판 각각의 일단에는

제2탭이 형성되며, 이들은 리벳과 압착수단를 이용해 압착 및 포밍하여 압착부를

형성시킴(제2각형 리튬형 전지롤 구조체도 같은 방식으로 제작함)

ㅇ 리벳을 사용함으로 인하여 전기적 접속을 위한 용접 시의 문제점을 해결할 수 있

으며, 용접 등을 행할 때 용접 부위가 전극 활물질에 근접함으로 인해, 전극 활물

질의 열화, 내부단락의 위험성을 감소시킬 수 있음

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[그림 14] 제1각형 리튬형 전지롤 구조체 제작 과정

ㅇ 이렇게 제작된 제1각형 리튬형 전지롤 구조체의 양측에 형성된 제1탭 압착부와 제

2탭 압착부에는 제1단자 케이스가 끼워지며(그림 15), 제2각형 리튬형 전지롤 구조

체의 압착부에도 마찬가지로 제2단자 케이스가 끼워짐

[그림 15] 제1각형 리튬형 전지롤 구조체에 제1단자

케이스를 체결하는 과정

ㅇ 제1단자 케이스와 제2단자 케이스가 끼워진 제1각형 리튬형 전지롤 구조체와 제2

각형 리튬형 전지롤 구조체를 적층시키는데, 이는 이들을 병렬로 연결하여 대용량

의 전기를 생성하기 위함임

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[그림 16] 제1각형 리튬형 전지롤 케이스와 제2각형

리튬형 전지롤 케이스를 적층시키는 과정

ㅇ 적층된 전지롤 구조체를 고정하기 위한 터미널을 장착하고 체결수단을 통해 체결

함으로써 대용량의 전지를 생성할 수 있는 각형 리튬형 전지롤 구조체를 제공함

[그림 17] 제1단자 케이스와 제2단자 케이스에 터미널을

장착하는 과정

② 모방용이성

ㅇ 본 기술의 핵심은 대용량의 전기를 생성하기 위한 전지롤 구조체의 구조적 설계

방법이 제시되어 있어 기술적 구성요소에 대한 유추는 비교적 어렵지 않을 것으로

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예상되나 이미 대상기술에 대한 특허를 선점하고 있어 모방 가능성을 차단할 수

있음

③ 회피비용

ㅇ 회피설계를 위한 절차는 관련 특허 검토를 통해 문제 특허를 선별하고, 특허의 무

효화 가능성 검토를 위한 선행기술조사를 실시하여 회피설계를 진행함

ㅇ 회피설계 시 회피기술을 제품에 적용할 경우 제조에 따른 Cost 증가 요인, 회피기

술 적용으로 기술적 후퇴 또는 제품의 경쟁력이 약화될 우려, 회피기술 적용 제품

의 전반적 품질 확보 가능성, 회피기술 적용 시 개발 지연(품질 신뢰성 시험 포함)

에 따른 사업적 영향 등을 고려하여 비용을 산정함

ㅇ 이와 같이 회피설계를 위해서는 본 대상기술이 가지는 차별화된 특성을 다른 구성

으로 구현하여야 하고, 본 대상기술이 가지는 성능과 효율을 만족하여야 하므로,

이와 유사한 적용을 위한 연구개발에는 상당한 설계연구 및 비용이 소요될 것으로

판단됨

④ 대체기술 존재 여부

ㅇ 리튬 이차전지는 전지 케이스 내부에 전극 조립체와 전해질을 밀봉하는 구조로 형

성되는데, 외형에 따라 크게 각형 전지, 파우치형 전지, 원통형 전지 등으로 분류

되고 있음

ㅇ 전극 조립체는 그 형태에 따라 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형), 스택 앤 폴딩형

(복합형) 등의 구조로 구분되는데 전지셀이 적용되는 디바이스의 모양에 따라 보

다 다양한 디자인을 구현하면서도, 대용량의 특성을 발휘할 수 있는 전극 조립체

및 이를 이용한 전지의 개발에 대한 요구가 증가하고 있음

ㅇ 이에 전극 조립체의 구조 설계에 대한 다양한 특허들이 출원되고 있으나 상용화

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후방산업 이차전지 전방산업

양극소재

음극소재

분리막

전해질

외장재

전구체

전지제조 공정

전지 제조 설비

전지 화성 장비

전지 성능 평가 장비

제조 자동화

휴대폰, 노트북PC, 스마트폰 등

Mobile IT/ 디지털카메라, MP3P,

캠코더 등 전기전자제품/

전기자동차(HEV, PHEV, EV)/

태양광전력저장,

풍력발전전력저장 등/

신재생에너지저장장치/

지능형로봇

* 출처: 중소기업청, 중소기업 전략기술로드맵 2016-2018

[표 6] 이차전지 분야 산업연관구조

실현 가능성은 검증되지 않음

⑤ 경쟁자에게 미치는 영향

ㅇ 본 기술을 적용한 리튬 이차전지 제품의 검증 및 안정성 단계를 거쳐 시장 진입이

이루어진다면 관련 제품 시장에서 기존 제품의 경쟁 제품으로 시장 확대를 기대할

수 있음

5. 산업특성

① 산업의 특성 및 성장성

ㅇ 사업화 대상기술이 해당되는 이차전지 산업은 기술집약적인 산업에 해당되며, 한

국의 경우 전지제조 기술에서는 선진국과 대등한 기술 경쟁력을 보유하고 있으며,

세계 1위의 시장점유율을 유지하고 있음

ㅇ 이차전지 산업은 전후방 산업에 막대한 영향을 미치며, 전방산업에 위치한 전기자

동차, 전력저장 장치, 로봇, 모바일 IT 기기 등의 핵심부품으로 사용되어 이차전지

의 개발 여부가 전방산업의 존폐를 좌우하며, 이차전지 산업의 발전은 후방산업인

부품·소재 산업 및 생산설비 산업과 동반 성장이 요구되는 산업임

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ㅇ 후방산업인 부품·소재 부분의 경우, 양극 및 음극 소재, 전해질, 분리막 등이 이차전

지의 용량, 수명, 출력, 가격 등을 결정하는 핵심 인자로 작용하며, 이들을 조립하여

이차전지를 제조하므로 부품·소재의 기술력 및 생산 기반 확보가 매우 중요함

ㅇ 부품·소재를 생산하고 있는 기업들은 중소기업들이 주를 이루고 있었으나, 최근 중

대형 이차전지 중심으로 급격히 시장이 성장하면서 대기업들의 참여 및 자본투자

가 활발히 이루어지고 있음

ㅇ 최근 전기 전자 및 정보 통신 분야의 급속한 발전으로 인하여 스마트폰, 노트북

등의 소형 휴대 기기의 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며 환경 및 에너지 문제

와 관련하여 ESS와 EV의 필요성이 크게 대두되고 있음

ㅇ 따라서 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 지속적으로 충방전이 가능한 이차

전지는 화석 연료 의존도와 이산화탄소 배출량을 크게 감소시킬 수 있는 대표적인

친환경 녹색 기술로 꼽히고 있으며 성능 개선에 대한 요구도 크게 증가하고 있음

ㅇ 리튬 이차전지는 EV의 시장 확대와 함께 IT용 소형전지에서 중대형전지로 시장의

주도권이 이동할 것으로 예상되는데 이러한 흐름은 ESS시장의 성장과 함께 더욱

가속화될 것으로 전망됨

② 경기변동의 특성

ㅇ 리튬 이차전지는 IT기기나 EV 등 전지가 탑재되는 완제품의 수요 변화에 영향을

받음에 따라 경기 호황시에는 완제품 수요 증가와 재고 비축으로 인해 세트업체로

부터 주문량이 급증하며, 불황시에는 완제품 수요 감소와 재고 감축으로 인해 수

요 감소가 일어남

ㅇ 부품 산업의 특성상 경기 변동 영향은 완제품 실물 경기의 불황이나 호황이 표면

상으로 드러난 이후 뒤따라 영향이 나타나는 경우가 많음

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순위 제조사 국가 출하량(백만셀) 점유율1 삼성SDI 한국 1096.1 21.70%2 LG화학 한국 718.1 14.20%3 파나소닉 일본 604.3 12.00%4 소니 일본 387 7.70%5 리선 중국 280.3 5.50%6 ATL 중국 275.5 5.50%7 BYD 중국 251.3 5.00%8 Coslight 중국 170.1 3.40%9 히타치 MAXELL 일본 134.5 2.70%10 BAK 중국 98.6 2.00%

중국 기타 1038.8 20.60%

합계 5054.6 100%

* 출처: SNE 리서치

[표 7] 2013년 중소형 전지 출하량 및 시장 점유율

6. 시장특성

① 시장구조

ㅇ 세계 리튬 이차전지 시장에서 동아시아 3국(한국, 일본, 중국)이 차지하는 비중은

절대적이며, 상위 10개 업체가 동아시아 3국 소속임

ㅇ 대용량의 소형 리튬 이차전지는 1991년 소니가 세계 최초로 상용화한 이후 20년

이상 독주가 이어졌던 시장이나 2000년 중반 이후 한국 업체들이 독자적인 기술

개발, 엔고/원저 상황 속에서의 가격경쟁력 확보, 주요 고객이자 계열사인 삼성전

자, LG전자의 성장 등을 통해 일본 업체들을 넘어서기 시작하였음

ㅇ 2013년 기준 한국의 시장점유율은 약 36%을 차지하며, 업체별로는 삼성 SDI

21.7%, LG화학 14.2%로 업계 1,2위를 차지하고 있음

ㅇ 그러나 최근 중국 업체들이 무서운 속도로 추격이 시작되었는데, 중국 업체들은

2013년 기준으로 이미 시장점유율 42%로 세계 1위를 차지하고 있으며, 가격 경쟁

력뿐만 아니라 기술경쟁력도 갖기 시작했는데 ATL 등의 업체들은 애플의 소형제

품에도 채용될 만큼 기술력을 인정받고 있음

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② 시장수요

ㅇ 리튬 이차전지는 응용분야에 따라 연구 분야가 나뉘지만 기본적으로 낮은 가격으로

고용량, 고출력 특성을 보이면서 가볍고 안전성이 뛰어난 제품을 선호하고 있음

ㅇ 현재 리튬 이차전지 시장의 주도권이 소형 전지에서 중대형 전지로 이동하고 있음

에 따라 대용량의 배터리를 필요로 하는 EV, ESS 등과 같은 전방산업의 보급을

높이기 위해서는 리튬 이차전지의 용량 성능이 수요를 좌우하는 핵심 요인으로 작

용할 예정임

③ 규제 및 지원

ㅇ 리튬 이차전지는 폭발위험 등으로부터의 안정성을 보장받기 위해 정부차원에서 인

증제도를 시행하여 위험을 예방하고 있음

ㅇ 2016년 4월 1일부터 에너지밀도 400Wh/L 이하의 전지에 대해서 KC인증을 받도

록 규제를 하고 있음(에너지밀도 400Wh/L 미만인 리튬 이차전지는 2016년 12월

31일까지 시행 유예)

ㅇ 이차전지 산업을 장려하기 위해 정부 주도하에 다양한 지원 정책을 실시하고 있는

데, 중국, 일본, 미국 등과 같은 해외 주요국의 경우 중·대형 시장 창출 및 선점을

위해 기술혁신 정책을 다각적으로 추진하는 계획을 발표하고 집중 지원하고 있음

- (중국) 전기차 산업발전 계획(`11∼`20)에 따라 약 7조원의 대규모 투자를 통해 전

기차 내수시장 활성화 추진 ⇒ `20년까지 5백만대 보급

- (일본) 그간(`00∼`13) 자동차용 전지와 ESS기술개발 지원을 위해 3천억원 이상 투

자 ⇒ `20년까지 전기차 100만대 보급

- (미국) DOE중심으로 R&D투자(1조원) ⇒ `20년까지 전기차 100만대 보급

ㅇ 국내의 경우도 이차전지 산업 육성을 위해 활발한 지원 정책을 실시하고 있음

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- (R&D투자) 이차전지 산업 경쟁력 강화를 위한 로드맵 수립 및 R&D 지원

: 이차전지 산업의 세계주도권 유지와 신규 Target 제품의 이차전지 시장 선점을

위한 “중장기 기술 로드 맵” 수립·추진, ‘15년∼‘25년까지 웨어러블 디바이

스 및 신규 Target Product별 생산설비 투자, 소재 국 산화를 포함하는 R&D 로드

맵 수립

: 리튬이차전지와 차세대 이차전지의 시장 및 기술을 분석하고 시장 지향적 R&D

기술개발 추진 지원

: 선진국과의 기술격차 해소와 글로벌 시장 진출을 목적으로 해외 기업, 연구기관과

의 공동 협력사업 추 진 지원

- (소재·부품산업 육성) 핵심 소재·부품 기업지원을 통한 산업생태계 구축

: 민간의 기술·자금협력과 정부의 중소·중견기업 지원제도 활성화를 통한 소재·

부품기업 육성

: 핵심 소재·부품의 국산화를 위한 상용화 펀드(가칭)를 조성하여 중소·중견기업

지원

: 국제전시회에 한국 공동관 구성·참여하여 중소·중견기업의 마케팅 및 수출시장

판로개척 지원

- (ESS 실증·보급) 시장 활성화가 필요한 신산업 분야에 대해 비즈니스 모델 개발

: (실증사업) 선진국을 대상으로 독립연계형 전원시스템(ESS + 신재생에너지 + 독립

형발전설비)과 VPP(Vertual Power Plant)를 연계

: (보급사업) 동남아 국가를 대상으로 중소기업 중심의 「ICT+ESS 컨소시엄」 수출

사업화 추진, 정부의 원조사업과 연계

※ 동남아 도서 국가를 대상으로 정부원조사업과 연계

※ 신재생(PV, 풍력), ESS(이차전지+PCS), EMS(ICT) 기업 컨소시엄

: 전기차 보급계획을 수립하고, 전지업체와 자동차 업체가 공동으로 전기차용 이차

전지 개발계획을 수립 및 실시

: 법·제도 개선을 통해 ESS 보급 걸림돌을 제거하여 시장형성 및 활성화 유도

- (인프라 구축) 중·대형 이차전지의 신뢰성 확보를 위한 기반구축

: 시험·평가·인증 기반구축을 통해 안전평가 및 인증 대외경쟁력 제고

7. 경쟁특성

① 기업간 경쟁강도

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ㅇ 리튬 이차전지의 본격적인 성장이 예상되는 중대형전지 부문에서는 한국업체들이

두각을 나타내고 있는데 EV 배터리 시장의 경우 LG화학의 파우치형 방식과 삼성

SDI의 각형(캔형)방식으로 양분되고 있으며, 지금까지 출시된 EV는 파우치 타입의

리튬이온 이차전지를 주로 채택했지만 세계 자동차 업계가 각(캔) 타입의 이차전

지를 채택할 예정이어서 팽팽한 경쟁이 예상됨

완성차 1순위 2순위 배터리 공급사도요타 각형(캔형) PEVEGM 파우치형 각형(캔형) LG화학, A123

폭스바겐 각형(캔형) 파우치형 파나소닉, 삼성SDI현대·기아차 파우치형 LG화학, SK이노베이션

르노 파우치형 LG화학, AESC닛산 파우치형 각형(캔형) AESCBMW 각형(캔형) 삼성SDI포드 파우치형 각형(캔형) LG화학볼보 파우치형 LG화학

테슬라 모바일용 원통형 전지 파나소닉

* 출처 : 전자신문

[표 8] 주요 완성차 업체 배터리 방식 채택 현황

② 제품의 경쟁성

ㅇ 전력 소모가 많은 EV, ESS 등은 대전력의 구동이 필요함에 따라 고출력 대용량이

요구되는 디바이스의 동력원으로 리튬 이차전지가 주목받고 있으며, 특히 중대형

전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집

적도로 충전될 수 있고, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중

대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있음

ㅇ 본 기술은 파우치형으로 제조된 전지팩 대비 보다 안전하고, 대용량 전기 생성이

가능하다는 장점을 가짐에 따라 기존 제품 대비 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 판

단됨

8. 사업화 가능성

① 사업화 기간 및 비용 적절성

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ㅇ 본 기술의 사업화를 위해서는 시제품 제작을 통한 성능 구현 평가 및 리튬 이차전

지 적용을 통한 검증단계가 필요할 것으로 보임에 따라 약 2~3년 정도의 기술 구

현을 위한 개발기간이 필요할 것으로 예상됨

② 기술이전 및 사업화 실현 가능성

ㅇ 리튬 이차전지 시장은 소형 사이즈에서 대용량 전력 구동이 필요한 중대형 사이즈

로 시장 성장이 이동해가고 있고, 이에 따라 고용량, 장수명 특성을 지닌 이차전지

시스템이 요구되고 있음

ㅇ 본 기술은 대용량의 전기 생성이 가능함에 따라 시장 수요에 부합하는 기술로서,

상용화 수준의 기술 성능 구현이 이루어진다면 시장 진입 가능성은 확실한 사업으

로 평가됨