[첨부1] ‘13년도 녹색산업선도형이차전지기술개발사업 신규지원대상과제 RFP

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RFP 1

과제유형

혁신제품형

과제명

차량 연비개선을 위한 시동 및 출력보조용 48V 리튬이차전지 시스템 기술개발

1. 개요 및 필요성

○ 환경규제 강화, 고유가 시대 지속 등으로 자동차산업 전반에서 연비개선이 요구되고 있으며, 이러한 자동차기술 패러다임 변화 속에서 전기에너지를 보다 효율적으로 활용하는 전기구동시스템의 채용이 적극적으로 검토되고 있음

○ 최근 CAFE 등 완성차 업체별 연비규제 강화 추세에 대응하기 위하여 연비개선을 위한 다양한 방안을 강구하고 있으며, 이러한 노력의 일환으로 ISG (Idle Stop & Go)를 비롯한 시동 및 출력보조 시스템의 탑재가 추진되고 있음

○ 시동 및 출력보조 시스템은 도심 주행 시에 발생하는 불필요한 에너지 낭비를 효과적으로 줄일 수 있는 시스템으로 여러 업체에서 개발되고 있으나, 빈번한 재시동, 회생제동 및 출력보조 등으로 인한 에너지 저장장치의 성능 및 수명 등의 한계가 시스템 전반에 악영향을 미침

○ 재시동 및 출력보조시스템 등에 적용되는 에너지 저장장치는 10C 이상의 고율 충·방전과 약 100,000회 이상의 시동과 출력보조 및 회생제동을 감당할 수 있는 장수명 특성과 저온운전 및 심방전 특성의 확보가 필수적임

2. 연구목표

○ 최종목표 : 차량의 연비개선을 위한 재시동 및 출력보조 시스템용 고율 충·방전, 수명, 저온특성 등을 만족하는 리튬이차전지 및 시스템 개발(TRL : 7단계까지)

- 고율 충·방전, 장수명, 저온특성 등을 만족하는 리튬이차전지 개발

∙충·방전율, 장수명, 저온 특성 확보를 위한 극판 및 부품 설계기술 개발

∙성능 및 수명을 고려한 리튬이차전지 셀 개발

∙전지 셀의 성능 및 안전성 평가/검증

- 재시동 및 출력보조용 고성능 장수명 배터리 팩 및 시스템 개발

∙차량 장착성을 고려한 위한 48V급 배터리 모듈 및 팩 개발

∙안전성 확보 및 운용 최적화를 위한 배터리 관리장치(BMS) 개발

∙배터리 성능 및 수명 확보를 위한 열관리 기술 개발

- 차량 장착성 확보를 위한 시스템 평가/검증 기술 개발

∙차량 운행 환경을 고려한 배터리 시스템 성능 검증기술 개발

∙차량 장착성 확보를 위한 내환경성 및 신뢰성 평가기술 개발

∙차량 적용성 확인을 위한 수명 검증기술 개발

○ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성 목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	정격출력	Kw	10 이상	-	8.5 (독일/Audi)
2	공칭전압	V	48	-	48 (프랑스/SAFT)
3	전압운용범위	V	32~60	-	36~54 (프랑스/SAFT)
4	가용방전용량주1)	wh	150 이상	-	-
5	회생충전용량주2)	wh	30 이상	-	-
6	저온출력(-10℃)	Kw	5 이상	-	4
7	사이클 수명주3)	회	100,000 이상	-	-
8	내환경 특성주4)	규격	ES-95400	-	-

주1) EOL 조건에서 정격출력으로 종지전압까지 방전

주2) EOL, 정격출력, 5초 이상 회생조건에서 운용 최대전압까지 충전

주3) 차량 운행조건을 반영하여 5년, 100,000회에 상당하는 시험조건으로 변경 가능

주4) 완성차의 요구사항을 반영하여 동등 수준으로 변경 가능

3. 지원기간/예산/추진체계

○ 기간 : 3년 이내

○ 정부출연금 : 2013년 15억원 이내 (총 정부출연금 45억원 이내)

○ 주관기관 : 기업

※ 수요기업의 제품개발 사양을 목표에 반영할 수 있도록 수요기업(완성차 업체 또는 모듈 업체)이 참여할 것을 권고함

※ 수행기관(주관기관, 참여기관)중 중소․중견기업에 배분하여야 하는 정부출연금 배분 비율을 40% 이상으로 권고함

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RFP 2

과제유형

혁신제품형

과제명

리튬이차전지 분리막 산화물 코팅(두께<6㎛)을 위한 수계 바인더 소재 및 코팅기술 개발

1. 개요 및 필요성

○ 리튬이온전지에 적용되는 분리막은 대부분 폴리올레핀 계열의 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 소재를 사용하고 있으며, 내열 특성과 기계적 강도가 취약하여 전지 안전성에 큰 저해요소로 작용

○ 이러한 문제점을 해결하고자 폴리올레핀 분리막 위에 산화물을 코팅하는 기술이 개발되어 중대형 전지를 중심으로 사용되기 시작하고 있음

○ 현재, 유기 용제를 사용하는 공정은 생산 비용이 높고 환경에 유해하기 때문에 수계 용제를 사용하는 바인더 개발 및 공정개발이 필요함

2. 연구목표

○ 최종목표 : 리튬이온전지용 분리막의 내열성과 기계적 강도를 높이기 위해 수계 바인더를 이용한 고내열, 고강도 금속산화물 코팅된 분리막 개발(TRL : 7단계까지)

∙ 금속 산화물의 전해액 함침성 향상을 위한 친수성 바인더 소재 개발

∙ 산화물 및 바인더 소재의 균일성과 기재 접착성 확보를 위한 코팅 기술 개발

∙ 130 ℃에서 열 수축률이 5% 미만인 고내열성 산화물 코팅 분리막 개발

∙ 20 ㎛ 이하의 두께를 갖는 산화물 코팅 분리막 제조 기술 개발

○ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성 목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국,기업/기관명)
1	열수축율(@130℃/1hr)	%	< 5	5	5
2	전해액 함침성	%	> 140	80	80
3	통기도	sec/100cc	< 300	300	300
4	산화물 코팅 두께	㎛	< 6	6	6
5	코팅막 접착강도	gf/cm	> 100	80	80
6	분리막 두께	㎛	≤ 20	20	20

※ 국내 최고수준 및 세계 최고수준은 유기계 기준임(유기계는 국내업체가 세계 최고수준)

※ 수계는 일본 아사히 하이포아社가 최고수준이나, 수준이 공개되지 않아 파악이 어려운 상황임

3. 지원기간/예산/추진체계

○ 기간 : 3년 이내

○ 정부출연금 : 2013년 10억원 이내(총 정부출연금 30억원 이내)

○ 주관기관 : 기업

※ 전지-부품소재 기업의 협업을 통해 제품 조기상용화를 유도하고, 전지기업의 제품개발 사양을 목표에 반영할 수 있도록 전지기업은 수요기업으로 참여할 것을 권고함

※ 수행기관(주관기관, 참여기관)중 중소․중견기업에 배분하여야 하는 정부출연금 배분 비율을 40% 이상으로 권고함

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RFP 3

과제유형

혁신제품형

과제명

리튬이차전지용 고용량(>1,500mAh/g) 저가(<35$/kg) 실리콘 음극소재(중간재) 기술개발

1. 개요 및 필요성

○ IT기기의 경량화, 소형화, 다기능화 추세와 하이브리드 자동차 및 중대형에너지저장장치의 필요성 증대로 인해 리튬이차전지의 고용량/저가형, 고에너지밀도가 요구되고 있음

○ 일본은 SiOx계(용량 : <1500mAh/g)를 1ton이하로 생산하여 판매를 하고 있지만 생산공정비가 kg당 100불 이상으로 비싸고, 초기 비가역용량비가 25%이상인  문제점이 있음

- 단독 Si 음극소재(중간재)는 실제적으로 구현 가능한 용량대가 부피팽창 80%미만을 고려할 때 1,500～1,600 mAh/g 정도이며, 전지소재로 사용가능한 공정(흑연과의 물리적 혼합)을 거칠 경우 소재가격이 SiOx 중간재를 사용한 음극소재 대비 저가화 가능

- 또한 SiOx는 리튬과 반응시 Li2O의 형성으로 비가역용량이 증가하지만 Si은 전해액과의 부반응을 막아주는 처리를 하였을 때 초기 비가역용량이 SiOx 대비 15%이상 감소하는 효과가 있음

○ 또한 기지원된 과제는 SiOx와 흑연의 복합계를 800mAh/g급 최종품으로 개발을 진행하고 있으나, 전지업체별로 요구하는 용량대가 다르기 때문에 단독 음극소재(중간재) 개발이 필요

- 즉, 중간재를 이용하여 수요업체에서 흑연과의 물리적 혼합을 이용한 음극 최종품 설계가 필요

○ 그러므로 상기 요구를 충족시키기 위해 고용량, 고효율 및 저가 실리콘계 음극소재(중간재) 원천기술 확보 및 상용화 기술에 대한 지원이 필요

2. 연구목표

○ 최종목표 : 리튬이차전지용 고용량(>1,500 mAh/g) 저가(<35$/kg) 실리콘 음극소재(중간재) 기술개발 (TRL : 7단계까지)

- 실리콘 물질(중간재) 단독으로 > 1,500 mAh/g 용량 등 개발목표 달성

- DSC(differential scanning calorimetry)는 0.001V로 충전 후의 순수 음극물질만의 발열량을 계산(< 700 J/g)

- Full cell 평가(Cathode : LiCoO2)는 0.5C 충방전을 100회 이상 평가 후 초기대비 용량유지율 평가(충전전압대 4.2V)

○ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성 목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	용량(0.2C)	mAh/g	> 1,500	-	< 1,500 (일본, 신에츠화학)
2	초기효율	%	> 90	-	< 75 (일본, 신에츠화학)
3	수명특성 (100회) (Pouch type full cell)	%	> 85	-	< 70 (일본, 신에츠화학)
4	극판두께변화	%	< 80	-	< 90 (일본, 신에츠화학)
5	발열량	J/g	< 700	-	< 900 (일본, 신에츠화학)
6	입자 크기	D50(um)	5 <X< 9	-	-
		D90(um)	< 20	-	-
7	비표면적	m2/g	< 20	-	-
8	탭밀도	g/cc	0.6∼0.8	-	-
9	소재가격	$/kg	< 35	-	> 100 (일본,신에츠화학)

※ 달성목표는 실리콘 음극소재(중간재) 목표치임. 세계최고수준은 SiOx계 음극소재(중간재)에 해당함

※ 극판조성에서 바인더와 도전재의 함량은 각각 10 wt% 이내임

※ 극판두께 변화(팽창율)는 100사이클 후 초기 대비 극판두께 증가치 계산(전해액 함침)

※ 발열량 측정방법 : 0.01V까지 충전(LixSi) 극판을 전해질 30～50% 함유한 상태에서 측정

- 완충 후 불활성분위기에서 Cu로부터 극판제거 → DMC로 세척 건조 후 활물질 3mg당 전해액 1mg 주입 → 내압팬으로 밀봉 후 분당 5℃로 100℃에서 400℃까지 측정

* 흑연의 경우는 발열량이 350～400 J/g 정도임

※ 소재가격은 실리콘 음극소재(중간재) 단독 양산 가격(10 ton/월 이상)임

3. 지원기간/예산/추진체계

○ 기간 : 4년 이내

○ 정부출연금 : 2013년 10억원 이내(총 정부출연금 40 억원 이내)

○ 주관기관 : 기업

※ 전지-부품소재 기업의 협업을 통해 제품 조기상용화를 유도하고, 전지기업의 제품개발 사양을 목표에 반영할 수 있도록 전지기업은 수요기업으로 참여할 것을 권고함

※ 수행기관(주관기관, 참여기관)중 중소․중견기업에 배분하여야 하는 정부출연금 배분 비율을 40% 이상으로 권고함