<2025 > 전고체전지 전해질 및 제조기술 최신 현황과 전망

현재 가장 널리 사용되고 있는 리튬이온전지(LIB)의 성능은 새로운 전자제품과 전기차에 대한 폭발적인 수요에 힘입어 끊임없는 기술개발에 의해 개선되어 왔으며, 특히 에너지밀도는 350Wh/kg이 넘는 수준으로 비약적으로 향상되었습니다. 하지만 높은 에너지밀도는 그만큼 화재나 폭발 위험성을 내포하고 있으며 리튬이온전지는 기계적 손상, 과방전, 과충전으로 인해 전기적 결함, 내부과열, 열 방출 등이 발생하여 열폭주 등 폭발적인 반응이 일어날 수 있습니다.

이러한 위험을 차단하기 위해 고체전해질을 적용한 차세대 전지기술로 전고체전지가 대안으로 자리잡고 있습니다. 전고체전지의 가장 큰 장점으로는 「우수한 안전성」「높은 에너지밀도」「고출력」「넓은 사용온도」「급속 충전」이라고 말할 수 있습니다. 따라서 폭발의 위험에서 자유롭고, 0℃ 이하의 저온이나 60-100℃ 고온에서도 안전하고 안정적으로 작동하여 적용 분야를 확대할 수 있는 장점을 가지고 있습니다.

SNE Research의 예측에 따르면 전세계 전고체전지 시장규모는 ’30년 122GWh로 성장하여 1.6%의 침투율을 보이며, ’35년에는 493GWh로 성장하여 전체 전지의 6.1%를 차지할 것으로 전망됩니다. 우리나라를 비롯한 미국, 중국, 일본 및 유럽 각국 정부도 차세대전지의 기술 확보 및 선점을 위해 국가적 차원의 지원 정책을 통해 대응을 하고 있으며, 우리나라의 경우, ’24년 하반기부터 전고체 등 차세대 배터리 3종 지원 프로그램을 통해 ’28년까지 1172억원을 투자한다고 발표한 바 있습니다.

이차전지의 패러다임이 전고체전지로 급속히 변하는 상황에 대비하기 위해서는 전고체전지와 관련된 핵심소재 및 양산기술에 대한 선제적인 기술개발이 필요합니다. 전고체전지는 기존 배터리의 단점을 극복할 수 있는 잠재력이 있지만, 이온 전도성, 계면 안정성, 대량 생산 기술, 가격 경쟁력 등 여전히 여러 도전 과제가 남아 있습니다.

한편, 전고체전지의 상용화에 대한 예측이 대부분의 업체의 경우, 2030년경으로 계획하고 있는 데는 고체전해질의 높은 가격뿐만아니라 상용화 적용에 아직 이르지 못한 소재개발 못지 않게, 아직 확립되지 않은 제조(생산)기술에도 큰 이유가 있습니다.

따라서, 본 보고서는 현재 제조기술이 어느 수준까지 와 있는지를 특허 및 각종 정보를 바탕으로 예측하고, 전고체전지를 제조하기 위한 재료와 공정기술의 이슈를 정리함과 동시에 이에 대한 적절한 해결방안을 제시하고자 합니다.

구체적으로, 전고체전지에 관한 특허/논문분석을 통해 각국별 출원분야의 강점 분야를 파악하고, 주요 기업들 특허분석을 통해 각 사의 제조기술을 알아보았고, 문헌 및 발표에 나온 제조기술 및 방법에 대한 고찰을 통해 장단점을 확인하고 적합한 제조공정에 어떤 것이 있는지 살펴보았습니다.

목차

1. 전고체전지 개요

• 전고체전지
  • EV개발 역사와 미래
  • 배터리의 기술 진보 및 진화
  • 리튬이온 이차전지의 한계
  • 전고체전지의 특징 및 개발 필요성
  • 전고체전지 적용분야
  • 전고체전지 산업체인
  • 전고체전지 시장 전망
  • 전고체전지 특허출원 현황
  • 전고체전지 논문발표 현황
• 전고체전지 기술동향
  • 전고체 및 차세대전지 정책(프로젝트)
  • 자동차 OEM별 EV적용 양산진행 현황
  • 주요 배터리 OEM별 기술동향 및 대응 현황
  • 소재부품사별 개발 및 대응 현황
  • 주요 OEM별 전고체전지 생산 status

2. 고체전해질

• 전고체전지용 고체전해질
  • 고체전해질 종류 및 조성
  • 고체전해질 종류 및 전기화학적 특성
  • 고체전해질별 Li+ ion 전도 메카니즘
  • 고체전해질 특허출원 현황
• 산화물계 고체전해질
  • 산화물계 전해질 속성 및 관련 특성
  • 산화물계 전해질의 이온전도도 및 적용분야
  • 산화물계 고체전해질 종류
  • 산화물계 고체전해질의 장점 및 이슈
  • 산화물계 전해질의 주요 이슈 해결방안
• 황화물계 고체전해질
  • 황화물계 고체전해질 관련 특성
  • 황화물계 고체전해질의 이온전도도 및 적용분야
  • 황화물계 고체전해질의 장점?단점
  • 황화물계 고체전해질 합성법 비교
  • 황화물계 고체전해질 구조
  • Argyrodites 개요 및 특성
  • LGPS 개요 및 특성
  • LPS개요 및 특성
  • Thio-LISICON 개요 및 특성
  • 황화물계 고체전해질 이슈
  • 저순도 precursor 적용 LPSCl 코스트 비교
• 할라이드계 고체전해질
  • 할라이드계 고체전해질 속성
  • 할라이드계 전해질 특성 : 고 Li 이온 전도성
  • Oxyhalide / Amorphous 구조
  • 할라이드계 고체전해질 : 이온전도성 향상
  • AI활용을 통한 새로운 고체전해질 개발
  • 다른 고체전해질 소재와의 비교
  • 옥시할라이드계 고체전해질
  • Li3InCl6 산소포획 및 방출억제, 안전성
• 고분자 고체전해질
  • 고분자 매트릭스 종류 및 특성
  • 고분자 전해질 종류 및 장단점
  • 고분자 전해질 특성
  • 고분자 전해질 이슈 : 낮은 전도성, 안정성 외
  • 고분자 전해질 이슈 및 해결방안
• 고체전해질 호환성
  • 전고체전지 셀에서 고려해야 할 사항
  • 양극-전해질 호환성 이슈
  • 음극-전해질 호환성 이슈
  • 고체전해질의 탄성 계수와 셀 성능과의 상관 관계
  • 충방전이 stack압력과 전류밀도에 미치는 영향

3. 전고체전지 전극

• 양극
  • 전고체전지 적용 양극활물질
  • 양극활물질 동향
  • 전고체전지용 복합 양극 개발 동향
  • 양극 및 복합양극 processing
  • 전고체전지용 복합 양극 개발 이슈
  • 양극 활물질 표면 코팅 소재 연구
  • LPSCl 코팅된 NCM523 양극 분석
  • 코팅 여부에 따른 전극-전해질 계면 비교
  • 사이클 이후 셀 각종 분석
  • 양극의 성능 개선 방법
  • 최근modified된 양극 활물질과 장점
• 음극
  • 전고체전지용 음극 개발 필요성
  • 전고체전지용 음극재 기술 개발 이슈
  • 실리콘 음극
  • Si-C 음극
  • Si적용 음극소재 연구
  • 리튬금속 및 Si음극 processing
  • 리튬금속 음극
  • 리튬금속 음극 제조 processing
  • 박형 Li foil 적용 필요
  • Li dendrite억제 및 계면 안정화 연구
  • 리튬금속 음극 수명향상 기술개발
  • 무음극 개요
  • 무음극 vs. 기타 전지 에너지밀도 비교
  • Lithium melt deposition process
  • 3D grid porous Li4Ti5O12 thick electrodes
  • modified 음극 활물질 및 장점

4. 전고체전지 셀

• 전고체전지 제조
  • 고체전해질 processing
  • 셀 조립 (Cell Assembly)
  • 셀 완성 (Cell Finishing)
  • 전고체전지 vs LIB 제조공정 비교
  • 전고체전지 재료비 Cost
  • 전고체전지 셀 제조비용
  • 유망한 전고체전지 셀 컨셉
  • 전(반)고체전지 셀 제작
• 산화물계 전고체전지
  • 가장 유망한 셀 구성
  • 전지구조 측면에서 고려사항
  • 전지 생산시 고려사항
  • 주요 성능 지표
  • 셀 컨셉 변화
• 황화물계 전고체전지
  • 셀 구성
  • 전지구조 측면에서 고려사항
  • 전지 생산시 고려사항
  • 주요 성능 지표
  • 구조(실리콘 음극 적용)
  • Si/C 복합음극 적용 시 구조 측면에서 고려 사항
  • Si/C 복합음극 적용 셀 생산 시 고려사항
  • Si/C 복합음극 적용 시 주요 성능 지표
• 고분자계 전고체전지
  • 고분자계 전고체전지 구성
  • 전지구조 측면에서의 고려사항
  • 전지 생산시 고려사항
  • 고분자계 전고체전지 주요 성능 지표
• 셀 에너지밀도
  • 각 소재에 대한 가정
  • 중량 및 부피 에너지밀도
  • 예상 시나리오 및 Roadmap

5. 전고체전지 제조기술

• Lab scale 셀 제작
  • Powder pressing 셀 제작
  • 전극 셀 제작
  • 코인셀 제작
  • 일본 NEDO 전고체전지
  • Pouch셀 제작
• 셀 제조기술
  • 전고체전지 타입에 따른 장단점
  • 고체전해질 종류에 따른 제조방법
  • 최신 제조 기술의 특성 및 장단점
  • CIP, WIP, HIP 비교
  • 전극/전해질 층의 조밀화
  • 적층 제조기술
  • 슬러리/용액 캐스팅 제조기술
  • 압출 제조 기술
  • 테이프 캐스팅 제조기술
  • Electrolyte infusion제조기술
• 산화물계 셀 제조기술
  • 소결(sintering)
  • 열간 압착(hot pressing)
  • Spark Plasma Sintering(SPS)
  • 냉간 소결(CSP)
  • 마이크로파 소결
  • 초고속 고온 소결
  • 플래쉬 소결(Flash sintering)
  • Photon소결 및 laser 소결
• 건식 제조 기술
  • 습식 기반 전극 제조 공정 issue
  • 건식 공정 도입의 장점
  • 주요 건식 코팅 기술
  • Free standing electrode 제조기술
  • Direct calendaring 제조기술
  • 복합전극(Composite electrodes) 및 분리막 제작
  • 주요 업체의 건식공정 추지 현황
  • 건식 vs. 습식 공정기술의 종합 비교
  • 건식 전극 특허출원 동향
• 셀 제조 공정
  • 전고체 vs. 리튬금속 vs. Li-S 제조공정 비교
  • 황화물계 vs. 산화물계 vs. 폴리머계 제조 공정 비교
  • 양극 제조
  • 음극 제조
  • 음극 foil 제조 공정
  • 고체전해질 분리막 제조공정 flow
  • 셀 조립
  • 제조 공정별 장단점 비교
• 셀 제조 방법
  • 평면 press 및 roll press의 한계
  • HIP와 Hot Pressing과의 차이
  • 리튬기반 전지의 최첨단 조립방법
  • 기존 소결방법과 HIP로 처리한 고체전해질 비교
  • 양극재 습식제조법
  • 양극 활물질의 표면 코팅
  • 양극과 고체전해질과의 계면 향상
  • 양극의 protective coating layer
  • 활물질의 복합화/구형화 처리
  • 셀 특성 향상 방법

6. 주요기업 제조기술 동향

• TOYOTA
  • 전고체전지 셀 성능저하 요인 규명
  • 장기 사이클에서의 성능저하 문제
  • TOYOTA의 전고체전지 적용 STEP
  • 전고체전지 제조 : Pressing 적용
  • 전고체전지 제조: 승화성 충진제 적용
  • Hot isostatic pressing(HIP)적용
  • Resin packaging 적용
  • 전고체전지 셀 제작 및 조립공정
  • 전지특성 향상 해결방향 및 수단
  • 다른 전지와의 구성재료 비교
  • LiB에서 전고체로의 재료계의 변경
  • TOYOTA 전고체전지 제조공정 특허 분석
• HONDA
  • 전고체전지 제조 방법
  • 전고체전지 제조 방향
  • 전고체전지 Cell Prototype 제조공정
  • 전고체전지 제조공정 : 믹싱,전극 코팅
  • 전극 roll pressing/slitting
  • 접합 roll pressing, 적층(stacking)
  • Tab용접, 조립, 실링, Aging, 검사
  • EV 포괄적 valuation구축
  • 전지개발 roadmap
  • 차세대 전지에 대한 대응
  • HONDA 전고체전지의 특장점
  • HONDA 전고체전지 process차이
  • 생산기술개발의 상세 대책
  • 전고체전지 P/P line 컨셉
  • HONDA 전고체전지 투자 계획
  • HONDA 도치기현 Sakura공장 개요
  • HONDA 전고체전지 전체공정
• Nissan
  • 전고체전지 제조방향
  • 전고체전지 셀 성능저하 요인 규명
  • Prototype lab 제조공정
  • 전고체전지 제조공정
  • Nissan Solid Battery P/P Line
  • Nissan 전고체전지 개발 일정
  • Nissan EV 36Zero project
  • 원계 NMC 양극-리튬금속 음극 전지
  • 황화물계 고체전해질 도입
  • 균일한 Li 석출에 대한 대책
  • 전고체전지 생산 라인 구축
• 삼성 SDI
  • 전고체전지 셀 구성 및 양산 준비
  • 차량 무게 감소 및 Trunk 공간 증가
  • 안전성, 팩 무게 감소
• LG ES
  • 전고체전지 개발 Roadmap 및 적용 분야
  • 고분자 전고체전지 개발
  • 황화물계 전고체전지용 Si계 음극 개발
  • 전고체전지용 무음극 전기기술 개발
• 현대자동차
  • 전고체전지 P/P line 가동 및 개발현황
  • 직경이 다른 roll press를 적용한 전지제조
  • 바인더의 섬유화를 통한 건식 전극 제조
  • 무음극 전고체전지 제조
  • WIP를 이용한 고밀도 전고체전지제조
• CATL
  • 전고체전지 개발현황
  • CATL vs. TOYOTA 전략비교
  • 고성능 양극 인터페이스 설계
  • CATL 전해질 전략
• Solid Power
  • 전고체전지 구조 및 개발 line-up
  • 전고체전지 제조공정
  • Si 음극, Li 음극 EV 전고체전지 Roadmap
  • 전고체전지 생산 Roadmap
• Kanadevia(Hitachi조선)
• Mitsui 금속광업
• Factorial Energy
• Blue Solution
  • Blue solution의 LMP® 전고체전지 구조
  • Blue solution의 LMP® 전고체전지(Gen 4) 특성
  • Blue solution의 LMP® 전고체전지(Gen 4) target 특성
  • 압출 제조 공정 및 고분자계 전고체전지 Ah level 제조 프로세스
  • Blue solution의 LMP® 전고체전지 제조 공정
  • Blue solution의 전고체전지 roadmap
• QuantumScape
  • QS 전고체전지 제조공정 및 셀 특성
  • QS의 전고체전지 셀 spec. 및 성능
  • QS의 전고체전지 성능 및 roadmap
  • 고체전해질 분리막 생산 기술 : Cobra
  • 사용제품 QSE-5 B 전고체전지
  • 첨단 생산 장비 도입 : Raptor
• SES AI
  • SES 전체 셀 구조
  • SES 셀 성능 및 103Ah cell safety test
  • SES 셀 P/P line 주요공정
• ProLogium
  • ProLogium 전고체전지 셀 구성
  • 세라믹 분리막 : CSE(Composite Solid ELT-산화물+고체고분자 전해질)
  • ProLogium 전고체전지 라인 구성 및 동향
  • ProLogium의 전고체전지 주요 제조공정
• Johnson Energy Storage
  • Cell 정보 및 관련 특성
  • Slurry coating 공정
  • co-extrusion 공정
• TaiyoYuden(太陽誘電)
  • MLCC Type 전고체전지 구성
  • MLCC Type 전고체전지 제조공정
• TDK
• TDL
• 일본전기초자(NEG)
• Sevenking Energy
• 솔리비스
  • 회사개요 및 실적, 특이사항
  • 솔리비스 고체전해질 개발
  • 황화물계 고체전해질 횡성 1공장 착공
  • 솔리비스 고체전해질 제품군 SICON 시리즈 3종
• NANBOCAMP
  • NANOCAMP 연혁
  • Argyrodite oxysulfide 고체전해질 개발
  • 제조공정 확립 및 특성 확보
  • 셀 평가 시스템(원료부터 셀까지 평가시스템 구성)
  • Plant 완공, 설비 확장 증설?증축
  • 생산 CAPA 및 매출액, 고객사 물량 공급
• ENFLOW
  • Enflow 연혁 및 사업장 현황
  • 분무 열분해 공정과 구형 미세분말 생산방법
  • Scale up 계획 및 사업화
• Umicore
  • Umicore’s Roadmap for Cathode materials
  • Umicore의 전고체 양극 활물질의 IP portfolio
  • Umicore의 배터리 개발 전개
  • Catholyte를 통한 전고체전지 돌파구
• Panasonic
• 롯데에너지머티리얼즈
• Idemitsu