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RFP 1

과제유형

혁신제품

과제명

중대형 리튬이차전지용 고신뢰성 파우치 개발

1. 개요 및 필요성

○ 리튬폴리머전지는 IT 응용분야를 뛰어넘어 전기자동차 및 에너지저장 분야에서 가장 효과적인 에너지저장원(Energy storage)으로 인정받고 있음

○ x-Ev와 ESS의 시장확대는 이차전지의 고용량/고출력 성능뿐만 아니라 10년 이상의 장기 내구성과 신뢰성이 확보된 이차전지를 요구하고 있음

○ 특히, 중대형 리튬폴리머전지용 파우치(Pouch) 외장재는 폴리머 및 금속을 소재로 하여 산소 및 수분 차단 특성, 내화학성, 내열성 등 전지의 장기내구성과 신뢰성 확보에 중요한 부품임

○ 이종 소재간 계면 제어 및 제조 공정 최적화를 통한 고신뢰성/고내구성 파우치 외장재는 대부분 수입에 의존하고 있어 국산화가 반드시 필요함

○ 상기 특성을 달성하기 위해서는 각 층별 최적소재 선정 및 이종 소재간 계면 제어 및 표면처리 기술의 개발이 필요함

○ Al 파우치 필름은 전지의 절연 저항 파괴 예방과 밀봉에 대한 신뢰성 확보가 필요

2. 연구목표

○ 최종목표 : 접착강도/내전해액성 및 성형성이 향상된 Al 파우치 필름 개발 (TRL : 7단계까지)

- 고신뢰성 파우치 외장재 소재 개발

∙내화학성 및 우수한 기계적 강도를 지닌 고신뢰성 폴리올레핀 소재 개발

∙내열성 및 절연성이 향상된 다층 구조의 폴리올레핀 필름개발

∙양산성이 확보된 친환경 알루미늄 연속 표면처리 기술 개발

∙내전해액성이 우수한 압출 및 Dry lamination용 접착제 개발

- 고신뢰성 파우치 외장재 공정 기술 개발

∙Dry-lamination용 용액타입 접착제 코팅 기술 개발

∙중대용량용 압출 공정을 위한 알루미늄/폴리올레핀 접착 기술 개발

∙접착력 및 내전해액성 향상을 위한 후처리 공정기술 개발

○ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	접착강도 (알루미늄/폴리올레핀)	N/15mm	> 15	10	13 (일본, DNP)
2	내전해액성 (알루미늄/폴리올레핀)	N/15mm	> 13	8	10 (일본, DNP)
3	절연특성	MΩ	> 2.5	2	2 (일본, Showa)
4	열융착강도	N/15mm	> 60	40	50 (일본, DNP)
5	기밀성 (전해액무게변화)	wt%	0.2	0.5	0.3 (일본, DNP)
6	수분침투성 (△HF)	ppm	>2,000	1,200	1,500 (일본, DNP)
7	성형성	mm	6.5	6	6.5 (일본, DNP)

3. 기타사항

○ 기간 : 3년 이내

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

○ 주관기관 : 산업체

※ 주관기관은 부품·소재 기업을 원칙으로 함

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

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RFP 2

과제유형

혁신제품형

과제명

리튬이차전지 분리막용 금속산화물 소재 및 수계 코팅 기술개발

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

○ 분리막에 나노 사이즈의 알루미나를 폴리머 바인더와 유기용제에 분산시켜 수 마이크로 두께로 코팅하여 제조하고 있으나, 나노 사이즈의 알루미나 분말은 일본으로부터의 수입에 의존하고 있음

○ 또한, 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 세라믹 코팅된 분리막 개발(TRL : 7단계까지)

∙ 금속 산화물의 전해액 함침성 향상을 위한 친수성 바인더 소재 개발

∙ 입도 제어된 고순도 금속산화물 소재 개발

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

∙ 금속산화물 분산성 향상을 위한 slurry 제조 기술 개발

∙ 인장강도 1300 kgf/cm2 이상의 고강도 세라믹 코팅 분리막 개발

∙ 150 ℃에서 열 수축률이 2%이내인 고내열성 세라믹 코팅 분리막 개발

∙ 높은 통기성을 갖는 고투과성 세라믹 코팅 분리막 개발

∙ 20 ㎛ 이하의 두께를 갖는 세라믹 코팅 분리막 제조 기술 개발

○ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성 목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	산화물 입자 사이즈	nm	<50	100	<50
2	산화물 순도	%	99.99	99.9	99.99
3	열수축율(@150℃/1hr)	%	2	5	-
4	전해액 함침성	%	160	80	80
5	통기도	sec/100cc	300	250
6	산화물 코팅 두께	um	< 6	6
7	인장강도	kgf	>1,300	1,000	1,300
8	분리막 두께	um	16	20	20

3. 지원기간/예산/추진체계

○ 기간 : 3년 이내

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

○ 주관기관 : 산업체

※ 주관기관은 부품·소재 기업을 원칙으로 함

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

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RFP 3

과제유형

혁신제품형

과제명

리튬이차전지용 습식공정 기반 고용량(>1,500mAh/g) 저가(<30$/kg) 실리콘 음극소재 기술개발

1. 개요 및 필요성

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

○ 고용량/고에너지밀도의 요구를 충족시키기 위해 실리콘계 음극 소재 원천 기술 확보 및 상용화 기술에 대한 국가적 차원에서 지원을 적극적으로 필요

○ 또한 기존 합성방법에서 제조원가가 상승하는 단점을 보완하기 위해 습식법을 이용한 저가의 소재 합성방법이 필요

○ 현재 IT용 LIB에 적용되고 있는 실리콘 기반 음극활물질은 일본업체에서 전량 수입하고 있으며, 국내 생산이 전무한 상태임

○ 고용량/저가형 음극 소재 기술은 시장 형성 및 기술 수준이 미약한 상태이므로 원천기술 뿐만 아니라 리튬이차전지 차세대 음극소재 분야를 선도할 것으로 예상됨

2. 연구목표

○ 최종목표 : 리튬이차전지용 습식공정 기반 고용량(>1,500 mAh/g) 저가(<30$/kg) 실리콘 음극소재 기술개발 (TRL : 7단계까지)

- 실리콘 물질 단독으로 1,500 mAh/g 용량 등 개발목표 달성

- 저가형 벌크실리콘의 습식공정을 통한 대량 합성

∙ 화학적 에칭방법을 이용한 다공성 벌크실리콘의 구조화

∙ DSC는 0.001V로 방전 후의 순수 음극물질만의 발열량을 계산 (< 900 J/g)

- full cell평가는 0.5C 충방전을 100회 이상 평가 후 초기대비 용량유지율 평가

○ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성 목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	용량(0.2C)	mAh/g	> 1,500	> 480	> 1,400 (일본, 신에츠화학)
2	초기효율	%	> 90	> 70	> 70 (일본, 신에츠화학)
3	수명특성 (100회) (Coin type full cell)	%	> 80	> 70	> 70 (일본, 신에츠화학)
4	극판두께변화	%	< 90	< 90	< 90 (일본, 신에츠화학)
5	발열량	J/g	< 900	-	-
7	소재가격	$/kg	< 30	-	> 100 (일본,신에츠화학)

※ 달성목표는 실리콘만을 사용하여 개발된 음극소재 목표치. 국내최고수준은 실리콘계 소재와 탄소계 소재를 혼합한 소재에 해당하며, 세계최고수준은 실리콘산화물계 소재에 해당함

※ 팽창율은 SiO을 기준으로 한 수치임

※ 극판두께변화는 100사이클 후 초기대비 변화율로 계산

※ 소재가격은 실리콘계 소재 단독 양산 가격(10 ton/월 이상)임

3. 지원기간/예산/추진체계

○ 기간 : 4년 이내

○ 정부출연금 : 2013년 10억원 이내(총 40 억원 이내)

○ 주관기관 : 산업체

※ 주관기관은 부품·소재 기업을 원칙으로 함

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

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RFP 4

과제유형

혁신제품형

과제명

차량 연비개선을 위한 시동 및 출력보조용 리튬이차전지 시스템 개발

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 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	국내최고수준	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	-	-
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 : 산업체

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RFP 5

과제유형

혁신제품형

과제명

ISG용 저비용 고출력 12V PbC 전지 개발

1. 개요 및 필요성

○ CAFE (Corporate Average Fuel Economy) 등 자동차 업체에 대한 연비규제 강화에 대응하기 위하여 연비 개선을 위한 다양한 방안이 연구 개발되고 있으며, 최근 ISG (Idle Stop & Go) 시스템 탑재가 추진, 확대되고 있음

○ 현재 북미/유럽지역의 모든 승용 신차는 ISS (Idle Stop & Start)과 회생제동(Regen. Brake) 기능이 결합된 ISG (Idle Stop & Go) 시스템을 장착하고 연축전지를 탑재한 “연축전지 기반 12V ISG 시스템”을 적용하고 있음. 그러나 연축전지는 ISG 시스템용 에너지저장 장치가 요구하는 10C 이상의 고율 충·방전과 100,000회 이상의 수명 특성을 만족하지 못하는 실정임

○ 이를 개선하기 위한 “2세대 ISG 시스템용” 에너지저장 장치로 PbC 전지 개발이 북미/유럽을 중심으로 진행되고 있으며, 12V PbC의 탑재를 상정한 ISG 테스트 (EUCAR profile)에서 100,000회 이상의 수명을 확보함

○ 12V PbC 전지는 다른 에너지저장 장치와 비교 시 가격 경쟁력, 안정성 및 온도특성이 우수하며, 기존 12V ISG 차량에 별도의 차량 시스템 변경 없이 탑재가 가능하므로 가장 현실적인 대안으로 대두됨

○ 따라서, 12V PbC 하이브리드 전지는 ‘16년까지 CAFE 개정 연비달성의 현안인 ISG 시스템 차량의 경제성, 안전성 및 시급성을 모두 해결할 수 있는 최적의 solution으로 평가됨. 세계적인 자동차 업계의 고연비 차량 경쟁구도에서 기술 우위와 함께 ’20년 기준 3천5백만대 ISG용 자동차 시장 (PbC 전지 시장 규모 : 약 3.5조원)을 선점하기 위해서 저비용 고출력 12V PbC 전지 개발이 반드시 필요함

* 출처: 2012년 13th ELBC (European Lead Battery Conference), Paris, France

2. 연구목표

○ 최종목표 : ISG용 저비용 고출력 12V PbC 전지(배터리) 개발(TRL : 7단계까지)

- 12V PbC 전지 기술 개발

∙ 전극 조성/구조 최적화 및 일체형 전극화 기술

∙ Grid 극판 최적화 기술

∙ 탄소/PbO2/Pb 전극 및 셀의 최적화 설계 기술

∙ 셀 간 전압 및 용량 밸런싱 기술

∙ 분극 제어 기술

∙ 구성 재료 및 구조 최적화를 통한 저비용 셀 제조 기술

- 12V PbC 배터리의 ISG용 Field 실차 적용 평가

○ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성 목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	전압	V	12	12	12 (일본, Furukawa)
2	용량	Ah	60	60	50 (일본, Furukawa)
3	출력	Kw	10	7.2	7.8 (일본, Furukawa)
4	EUCAR profile주1) cycle	회	120,000	60,000	100,000 (일본, Furukawa)
5	CCA주2)	A	830	600	650 (일본, Furukawa)

주1) EUCAR profile : 제동 에너지 회생 기능을 갖는 자동차의 시가지 주행 조건을                              시뮬레이트한 시험 조건

주2) CCA (저온시동특성) 온도 : - 18℃, 규격 : SAE J537 standard

3. 지원기간/예산/추진체계

○ 기간 : 3년

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

○ 주관기관 : 산업체