신기술 동향

1. 서

이차전지는 화학에너지와 전기에너지의 가역적 상호변환을 이용해 충전과 방전을 반복할

수 있는 화학전지이다. 고성능 이차전지에는 Ni- MH 이차전지와 리튬 이차전지가 있으며,

리튬 이차전지에는 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지(각형, 원통형, 파우치형), 리튬

이온 폴리머 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 등이있다.

미국은 전기자동차용 등 대형리튬 2차전지 개발에 주력하고 있으며, Zn/ Air 2차전지 등

미래형 전지의 기초 및 원천기술을 가장 많이 확보하고 있고, 일본은 리튬2차전지의 기술이

가장 앞서 있으며 정부는 대형2차전지의 개발에 전폭적인 지원을 하고 있다. 우리나라는 IT

기기용 리튬 2차전지의 연구개발이 주류를 이루고 있으며, 리튬이온전지의 생산기술은 일본

과 거의 동등한 기술력을 확보하고 있으나, 2차전지의 소재원천기술 등 기반기술은 취약하

며, 특히 소재의 대부분은 일본에서 수입하고 있다.

이차전지는 휴대전화, 노트북, PDA 등과 같은 이동성이 간편한 IT 제품의 보급이 확대되

면서 리튬계 이차전지를 중심으로 소형 이차전지의 수요가 전세계적으로 급증하고 있으며,

소형 2차전지는 그중에서도 IT 기기의 소형화, 경량화, 고성능화 요구에 따라 리튬2차전지가

시장을 주도하고 있다. Doping형 Carbon계/ Carbon계 Accumulator 및 Zn/ Air 2차전지와 같

은 미래형 전지는 현재로는 경제성이 낮지만 원천기술 확보 등 기술개발 선점의 중요성이

대두되고 있다. 또한 환경 및 에너지 문제의 해결방안의 하나로 전기자동차의 실현과 심야

유휴 전력의 효율적 활용을 위한 대형 2차전지의 개발이 심각히 대두되고 있다.

이차전지의 기술, 시장동향 및

특허동향

심사관 김 준 학

반도체1심사담당관실

156

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

정부는 2010년까지 차세대 성장 동력 산업 중 하나인 2차전지를 세계 1위 생산국으로 집

중 육성한다는 방침으로 초대용량 및 초소형 리튬 2차전지 하이브리드 전기자동차용 고출력

리튬 2차전지 등 6대 차세대 기술개발과제로 선정했다. `차세대 2차전지산업 비전 및 발전

전략(안)' 1)에 따르면, 초대용량 및 초소형 리튬 2차전지 하이브리드 전기자동차용 고출

력 리튬 2차전지 고전압용 초대용량 전기화학 커패시터 고안전성 2차전지 스마트팩

기술 및 HEPS (Hybrid Electric Power System ) 전원 컨트롤러 초소형 리튬이차전지 등 6

대 세부 기술개발과제를 선정, 이에 대한 전문가 추가논의를 통해 우선순위를 정해 2004년

부터 본격 추진키로 했다.

또 전지기술 평가 전지전문 기술인력 국제협력 및 표준화ㆍ소재ㆍ장비산업육성 등 4개 2

차전지 기반 구축과제도 제시했다. 따라서 본고에서는 2차전지의 기술개요, 특허출원동향 및

시장동향 등을 통해 2차전지의 전망을 살펴보고자 한다.

2 . 이차전지의 기술개요

1) 기술의 개요

배터리는 1차전지와 ２차전지로 나뉘어 진다. １차전지는 한번만 사용하는 전지로 수은

(현재는 생산중단－공해문제）망간, 알카라인 리튬전지가 있으며, ２차전지는 전기화학반응

을 이용해 충전과 방전을 연속적으로 반복함으로써 반영구적으로 사용할 수 있는 화학전지

로서 납축전지, 리튬계 이차전지, 니켈- 카드뮴 이차전지, 니켈-수소 이차전지가 있다. 또한,

이차전지의 구조(그림 1)를 흔히 전지셀이라고 하는데 전지셀은 집전체라는 극판상에 양극

활물질 또는 음극활물질이 도포된 양극과 음극 사이에 분리막이 삽입된 것을 말하며 이차전

지는 전지셀에 전해액을 주입하여 사용되고 있다. 리튬이온전지에서의 분리막은 전자전도를

차단하고, 리튬이온을 전도할 수 있는 분리막으로 구성되며, 전극과 분리막재료의 void에는

리튬이온전도를 위한 리튬염 함유 유기 전해액이 함침 되어 있다.

1 차세대 2차전지 기획단은 2003.12.17일 오전 르네상스호텔에서 산ㆍ학ㆍ연 전문가가 참석한 가운데 2̀차전지 산업 발전전략 간담회'를 갖고, 2010년까지 우리나라가 세계 1위의 차세대 2차전지 생산국으로 올라설 수 있도록 하겠다고 보고했다.

157

신기술 동향

그림 2 . 이차전지의 구조

２차전지는 충전이 300 500회이며 매일 １번 충·방전할 경우 １년∼1.5년의 배터리수명

을 갖게 된다. 배터리는 어느 순간에 사용하지　못하는 것이 아니고 점차적으로 사용시간이

줄어들게 되며 최근에 １차전지를 충전하여 사용하는 경우도 있으나(알카바는 예외）분명히

배터리 외부 설명에 충전하지 말도록 배터리 제조회사는 경고성 표기를 해놓았다.

이것은 충전할 경우 전지 내부의 ＋극과 －극이 연결되면서 단락이 일어나며 사용기기의 고

장발생 원인이 된다. 예외적으로 알카바는 10회정도 충·방전이 가능하다．

표 1 . 전지의 특성 비교

종 류 특 징 용 도

1차 전지 1회 충전후 폐기라디오 , 시계, 장난감,

계산기, 카메라

2차 전지 연속적인 충방전 사용(50 0 회 이상)

휴대폰, 노트북P C , PDA ,

캠코더, 디지털 카메라,

전기자동차

158

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

가. 리튬폴리머　배터리

전압은 3.6Ｖ로 폭발 위험이 없고 전해질이 젤타입이기 때문에 배터리 모양을 다양하게

만들 수 있는 것이 장점이다.

일부 휴대폰에 사용되고 있으며 리튬이온 전지를 이을 차세대 배터리이다. 현재는 양산하

는 곳이 적으며 국내에서도 많은 기업이 연구 개발 중이다．

리튬폴리머전지는 양극, 전해질, 음극으로 구성되어 있고 양극과 음극 사이의 전해질이 양

극과 음극을 분리하는 분리막과 리튬이온의 전달역할을 수행하고, 고분자 겔 형태의 전해질

을 사용함으로써 과충전과 과방전으로 인한 화학적 반응에 강하게 만들 수 있어 리튬이온전

지에 필수적인 보호회로가 불필요하다.

나. 리튬이온　배터리

전압은 3.6Ｖ로 휴대폰, PCS, 캠코더, 디지털 카메라, 노트북, MD 등에 사용되며 양산 배

터리중 성능이 가장 우수하며 가볍다. 현재 일본 소니사가 가장 앞선 기술을 보유하고 있으

며 가장 먼저 양산을 하였다. 리튬이온　배터리는 폭발 위험이 있기 때문에 일반 소비자들

은 구입할 수 없으며 보호회로가 정착된 PACK 형태로 판매되고 있다. 위험성만 제거되면

가볍고　높은 전압을 갖고 있어 앞으로 가장 많이 사용될 배터리이다.

리튬이온전지는 양극, 분리막, 음극, 전해액으로 구성되어 있고 리튬이온의 전달이 전해액

을 통해 이루어진다. 전해액이 누수되어 리튬 전이금속이 공기중에 노출될 경우 전지가 폭

발할 수 있고 과충전시에도 화학반응으로 인해 전지 케이스내의 압력이 상승하여 폭발할 가

능성이 있어 이를 차단하는 보호회로가 필수이다.

다. 니켈　수소　배터리

Ni- Cd와 Li- ion 중간단계의 배터리로 특정 사이즈만 생산되고 있다.　워크맨, 디지털 카

메라, 노트북, 캠코더 등에 사용되며 리튬이온(Li- ion )배터리가 안정화되면 Ni- MH배터리는

특수제품을 제외한 곳에는 더 이상 사용이 안될 것으로 예상된다. 전압은 1.2Ｖ이며 니카드

배터리와 혼용하여 사용하는 제품이 많고 니카드 배터리보다 ２배의 용량을 갖는다.

라. 니카드（Ni- Cd）배터리

가장 많이 사용되는 전지로 전압은 1.2Ｖ이며 무선전화기, 무선 자동차, 소형 휴대기기에

가장 많이 사용되고 있다. 특히 순간 방전량이 우수하여 레이싱카에 많이 사용된다. 초기에

는 휴대폰, 무전기, 노트북캠코더에 많이 사용되었으나 용량이 적어 거의 사용되지 않고 있

159

신기술 동향

으며 초기 니카드 배터리는 일본산이 대부분이었으나 현재는 중국 및 동남아 제품도 성능이

안정화되어 일본 회사들도 생산라인을 중국으로 많이 이전 했으나 고가의 제품에는 일본산

이 배터리가 사용되고 있다. 니켈카드늄 건전지에는 뛰어난 특징과 약간의 결점이 있다.

＊ 망간건전지와 같은 크기로 공칭 전압이 거의 일정한 타입이다．

＊ 망간건전지와 비교 내부 저항이 낮으며 단시간이라면 큰 에너지를 꺼낼 수 있다.(큰 전

류를 낼 수 있음)

＊ 충전 가능한 전지중에서는 수명이 긴편이며 방향을 생각하지 않고 사용할 수 있다.

＊ 충전하지 않고는 사용할 수 없으나, 단시간에 충전할 수 있다.

＊ 외부의 충격, 열에 약하며, 내부에 사용되고 있는 금속은 독성이 높고 약품은 극약이다．

＊ 방전 전압이 ２단계로 내리는 것이 있다.

마. 납축전지（Lead- Acid）

납축전지는 전압이 ２Ｖ로 자동차용 배터리로 가장 많이 사용된다. 자동차용 배터리는

12V로 2V 배터리를 직렬로 ６개가 내부에 연결되어 있다. 구형 AIWA 워크맨 배터리에 사

용되었으며 소니 무선전화기에도 일부 사용되었다. 과방전시 배터리 수명이 급속히 단축되

는 특성을 지니며 특히 자동차의 경우 재충전이 안 될 경우 배터리를 새로 구입해야 하는

경우가 자주 발생한다.

바. 배터리　규격

배터리 규격은 전세계 표준규격을 사용하고 있다. 즉 카메라 배터리, 계산기, 시계배터리

등 제조사가 다를 뿐 사양은 동일하다. ２차전지중 사용기기에 따라서 특화된 배터리는 대

부분 리튬이온 배터리가 있다. 리튬이온 배터리는 용량이 높고 가벼워 휴대폰 등 ２차전지

시장에서 큰 비중을 차지하고 있다. １차전지는 원통형, 버튼형, 그리고 기기특성에 따라 변

형된 배터리가 있고 ２차전지는 Ni- Cd, Ni－MＨ는 표준형인 원통형, 캠코더, 노트북배터리

에 사용되는 팩용이 있다．

사. 배터리전압

배터리의 전압은 내부 화학재료의 반응열( G : Gibbs Free Energy )에 따라 달라진다．

망간，알카라인：1.5V, Silver Oxide：1.55V, Zinc Air：1.4Ｖ, Ni- Cd，Ni-MH：1.2Ｖ 리튬：

3.0V, 리튬이온：3.6V

160

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

2) 리튬이온전지의 원리

재료의 화학반응 시 필수적으로 전자이동(electron transfer )현상이 수반되며, 각 재료에

따라서 고유한 electrochemical potential(－ G/ nF )에서 반응이 일어난다. 동일하지 않은 재

료는 모두 전위가 다름으로서 전위차가 발생하고, 상이한 재료간의 전위차를 이용하는 것이

전지의 기본원리이다.

리튬이온전지는 intercalation chemistry를 이용한 전지로서, 전기화학적으로 lithium을

intercalation 할 수 있는 정극 및 부극재료와, lithium ion을 transport할 수 있는 매질로서

비양성 자성 극성 유기용매를 사용한다.

가. Pole과 전자수수

전지의 pole은 고전위전극과 저전위전극을 각각 (+)와 (－)로 나타내며, 양극 및 음극으

로 나타낸다. 전지사용(방전) 시, 정극은 전위가 낮아지는 쪽으로 반응이 진행되고, 전자

(electron)를 획득하며, 리튬이온전지의 경우 리튬이온의 sink 역할을 한다. 음극은양극과 반

대의 현상이 나타나며, 전자를 잃고, 전위가 높아진다. 본 방전과정 중 계(system )의 전체에

너지는 감소하며, 감소된 에너지는 외부도선으로 전달되어 사용할 수 있는 직류 전기 에너

지가 된다. 즉, 본 방전과정은 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 진행하

는 화학반응의 에너지를 전기에너지로 전환하는 과정이다. 충전과정에서는 방전의 역과정이

진행된다.

나. 용량특성

모든 재료는 전지의 구성이 가능하지만, 실용적인 전지는 용량이 커야한다. 이는 사용 전

위 구간에서 충전 및 방전전기량이 큰 재료이어야 함이다. 용량은 중량 특성인 비용량

(specific capacity )과 체적특성인 용량밀도(capacity density )로 구분할 수 있으며, 고비용량

과 함께 고밀도재료로서 고용량밀도를 갖추어야 한다. 따라서 고용량밀도재료이기는 하나,

저밀도인 재료는 비용량이 낮아 전지재료로서 우수하지 못하다.

다. 전압특성

상기조건을 겸비한 양극 및 음극재료는 전위차가 클수록 고전지 전압을 나타낸다. 리튬이

온전지의 경우 전지전압은 양극재료와 음극재료에 intercalation된 lithium의 electrochemical

potential(－ G/ nF )의 차이로 표현할 수 있으며, 고전지전압을 구현하기 위한 양극 및 음극

재료의 선정이 필요하다. 상용리튬이온전지는 리튬에 대하여 4V급인 니켈, 코발트 또는 망

161

신기술 동향

간의 산화물을 기본으로 하는 양극재료를 사용하며, 리튬에 대하여 0 1V급인 lithium

intercalated carbon (LIC)을 형성할 수 있는 탄소를 음극재료로 사용하여, 평균전위차가 3.6

V로서 높은 전지 전압을 나타낸다.

라. 전압 평탄성

전위 평탄성은 전자기기의 특성과 관련한 요구조건으로서 방전 중 전위변화가 적을수록

우수하다. 금속리튬 등의 single element로 구성된 sacrificial 형의 전극은 충방전시 전극의

전기화학 전위의 변화가 적어 우수한 전위 평탄성을 가진다. 그러나, intercalation 재료의

경우 결정격자가 충분히 발달한 고결정성재료는 저결정성 (비정질포함) 재료보다

intercalation 과정동안의 전위변화가 적어 우수한 전위 평탄성을 나타낸다.

마. 에너지밀도 특성

에너지밀도는 전지용량, 평균방전전압 및 전지중량 또는 전지체적으로부터 유도할 수 있

는 전지의 기본특성으로서, 전지의 용량과 전압특성을 포함한다.

바. 수명특성

2차전지는 충방전에 따른 가역성(reversibility )이 우수하여야 하며, 재료의 dimension

change가 없어야한다. 리튬이온전지는 충방전에 따른 재료의 dimension 변화가 적은

intercalation재료를 사용하는 전지로서, 납(Pb)이나 카드뮴(Cd) 등을 사용하는 전지에 비하

여 수명특성이 현저히 개선된 전지이다.

3) 국내외 기술개발현황 및 기술수준

국내 2차전지 산업은 LG화학, 삼성SDI와 중소·벤처기업 및 소재 및 장비산업 등 30여개

업체로 구성되어 있으며, 삼성SDI와 LG화학은 1차전지 생산 경험이 없는 토대에서 리튬 2

차전지에 집중하여 전지산업에 성공적으로 진입하였으며, 기존의 서통, 로케트 등 전지업체

는 외환위기 여파로 알카라인 및 Ni- Cd 전지에서 리튬계 2차전지로의 전환에 실패한 상태

이며 부품·소재, 장비 등을 생산하는 업체는 SKC, 유미코아 등을 제외하고는 사업구조가

취약한 상황이다.

162

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

표 2 . 국내 2차전지 산업의 구성

2차전지 부품·소재 생산장비 P ack 전지

ㅇLG화학

ㅇ삼성SDI

ㅇSKC

ㅇ새한에너테크

ㅇ서통

ㅇ이스퀘어텍

ㅇ바이어블코리아

ㅇ코캄엔지니어링

ㅇ파워셀 등

ㅇ한화석유화학

ㅇLG이노텍

ㅇ로케트정밀

ㅇ신화인터텍

ㅇ삼아알미늄

ㅇ삼성석유화학

ㅇ한국유미코아

ㅇ제일모직

ㅇ제스이켐 등

ㅇ서통테크놀로지

ㅇ엘리코파워

ㅇSKC

ㅇ새한에너테크

ㅇ로케트정밀

ㅇSFA

ㅇ태경테크놀로지 등

ㅇ바이어블코리아

ㅇSMC

ㅇ한림산전

ㅇ성우에너지

ㅇ셀콤

ㅇ성남전자

ㅇ에너뱅크

ㅇ새한에너테크

ㅇ영보

ㅇ이렌텍 등

국내 IT기기용 이차전지 시장은 생산과 소비측면에서 리튬이온 2차전지가 절대적 비중을

차지하고 있으며 IT 기기용 2차전지 생산은 리튬이온이 리튬이온폴리머에 비해 8배 이상 많

이 생산되고 있다.

표 3 . IT 기기용 2차전지 생산(200 0년기준)

구 분 리튬이온 리튬이온폴리머 합 계

생산액(백만원) 24 0 ,10 3 29 ,2 7 2 2 6 9 ,3 75

비 중(%) 8 9 % 1 1% 10 0 %

리튬이온 2차전지의 용도별 소비량은 일본과 유사하게 휴대폰이 절대 비중을 차지하고 있다.

표 4 . 리튬이온 2차전지의 용도별 소비량(수량기준, 20 0 1년)

구 분 휴대폰 노트북P C 캠코더 디지털카메라 P DA

수요(천개) 15 , 12 2 1,50 0 800 30 0 130

비중(%) 8 5 8 4 2 1

163

신기술 동향

전지산업의 무역규모는 2001년에 890백만불이고, 이중 2차전지가 806백만불로 90% 비중

을 차지하고 있으며 2차전지 전체 수출액 324백만불의 74.3%를 자동차용 연산축전지가 차

지하고 있으며, 수입액 482백만불의 70.7%를 리튬 2차전지가 차지하여 무역수지 적자의 주

요 원인이 되고 있다. 그러나, 양산이 본격화됨에 따라 리튬 2차전지 무역적자가 2000년 372

백만불에서 2001년 294백만불로 20.9% 감소하였으며, 점차 큰 폭으로 축소되어 조만간 흑자

를 시현할 전망이다.

리튬 2차전지의 기술경쟁력은 일본(1992년 SONY사)에 비해 상용화가 7년 이상 뒤졌기

때문에 기술경쟁력이 뒤떨어진 상황으로 일본의 리튬이온계 2차전지 시장점유율이 90% 이

상이고, 상위 5개사는 모두 일본 기업인 반면 한국 기업은 10대 기업에도 들지 못한 실정이

다. 제조공정기술(수율 기준)은 양산개시 2∼3년 만에 일본 수준에 근접하는 기술력을 확보

한 반면에, 핵심 4대 부품인 양극, 음극, 전해질, 격리막 등의 소재와 공정장비를 대부분 수

입할 정도로 등 부품·소재와 장비 기술이 취약한 실정이다. 또한, 현재의 리튬계 2차전지

이후의 차세대 전지를 선도할 수 있는 기술기반을 구축하고 있지 못한 상황이다.

표 5 . 선진국 대비 2차전지 기술수준 비교 (전기연구원, 20 0 2년)

구 분 기술명선진국 대비

국내수준

전지부품 및 소재기술Can , F oil(Al/ Cu ), PT C, 정극활물질,부극활물질, 전해액, Separator

50 ∼ 70

LIB 제조기술Mixing , Coating , Pres sing , Slitting ,Winding , W elding , Grading

70 ∼ 90

A LB (LIP B ) 제조기술Mixing , Coating , Pres sing , Slitting ,Winding , W elding , Polym erizat ion

50 ∼ 70

전지관련장비 제조기술Mix er , Coater , Roll press , Slitt er ,W/ M , W elder , F orm ation/ Grading 장비, 충방전시험기

50 ∼ 80

평가기술전기적 특성 평가설비, 안전성 평가설비, 표준화 및 성능 인증

70 ∼ 90

차세대 신형전지 제조기술리튬금속고분자전지, 리튬황고분자전지, 아연공기2차전지, 군용특수전지,전력저장용 전지, EV용 전지

30 ∼ 50

164

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

4) 향후 국내외 기술개발동향 및 전망

가. 국내동향

LCD와 반도체에 버금가는 잠재력을 가진 미래산업인 ２차전지 시장을 선점하기 위하여

치열한 경쟁이 이루어지고 있다. 목표는 세계 ２차전지 시장 점유율을 최소한 10％ 확보하

는 것으로 현재 금액상으로 ６천억원에 달하는 황금시장을 차지하기 위해 올해를 기점으로

잡고 있다. 올해 현재 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 등 차세대 ２차전지 사업 참여를　공식

선언한 기업만도 삼성전관, LG화학, SKC,（주）새한, 한일베일런스 등 ５개이다. 여기에다

자동차용 연료전지 사업추진을 모색하고 있는　현대자동차, 성우에너지, 한국타이어를 합치

면 10여개의 업체들이 ２차전지사업에 뛰어들고 있다.

이들 기업가운데 가장 빠른 행보를 보이는 것은 삼성전관과 LG화학으로 파일럿 생산설비

를 이용하여 샘플용 리튬이온을 생산하고 있다. 94년부터 전지사업에 뛰어든 삼성전관은 원

통형 리튬이온전지 생산에서 축적한 경험을 바탕으로 대량생산이 예상되는 리튬이온전지의

생산하고 있다.

1998년 일본에서 도입한 장비를 이용 니켈수소전지를 생산하기 시작한　것을 계기로 ２차

전지 사업을 본격화한 LG화학은 휴대폰, 노트북, 캠코더에 사용되는 리튬이온전지 양산공장

을 건설, 2000년도부터 생산하고 있다. 또한 국내 대부분의 ２차전지 업체들이 리튬이온전지

사업에 치중하는데 비해 한일베일런스는 차세대 ２차전지로 급부상하고 있는 리튬폴리머전

지 사업에 전념하고 있다. 리튬폴리머전지는 리튬이온 전지에 비해 안전하고 성능이 우수하

며 자유로운 형태로 전지의 생산이 가능하여 차세대 ２차전지의 주역으로 떠오르고 있다.

그러나 아직 이를 양산하는 기업은 전세계적으로 전무하여 한일베일런스가 가장 앞서 간다

고 할 수 있다. 한일 베일런스는 총 400억원을 투입하여 양산공장을 건설하고 있다.

－1950년대 자동차용 연축전지와 망간건전지에서 시작한 국내 전지산업은 1999년 리튬이

온 2차전지 양산을 계기로 산업이 급성장하게 되어 국내 전지산업은 2000년 기준으로 1조 4

천 6백억원에 이르고 있으며, 이중 2차전지가 1조 2천 9백억원으로 88.2%의 비중을 차지하

였으며 리튬 2차전지는 2천 7백억원을 생산해 2차전지중 20.8%를 차지하였고, 이 비중은 양

산이 본격화된 2001년 이후에는 더욱 증가되고 있는 실정이다.

나. 해외동향

(1) 일본

일본은 소형 2차전지 시장의 70%를 점유하고 있으며, 특히 IT 기기용으로 수요가 확대되

고 있는 리튬이온 2차전지는 일본이 85% 이상의 시장을 점유하고 있다.

165

신기술 동향

표 6 . 소형 2차전지 생산의 일본 비중

구 분 NiCd NiMH Li- ion 전 체

199 9 4 3 % 82 % 94 % 65 %

200 0 4 7 % 80 % 94 % 69 %

일본의 2차전지산업은 주요기술, 핵심소재, 공정장비 등에서 세계 최고의 기술과 경쟁력을

가지고 있으며, 관련 기술의 해외 이전을 억제해 외국의 기술개발과 추격을 배제하고 있고,

최근에는 해외 시장에 대한 적극적 공략, 가격 경쟁력의 유지 등을 위해 외국에 생산거점

을 확충하고 있는 상황이다.

표 7 . 주요 기업의 해외진출 현황

회사명전 지

종 류생산거점 소재지

Lin e Cap a .

(천개/월)비 고

SA NYO리튬

이온

중국 북경 부근 3 ,500 20 0 2년 조업헝가리 도로그시 3 ,500 20 0 1년 조업멕시코 미정 < 3 ,0 0 0 20 0 2년 조업미국 텍사스 미상 20 0 2년 조업

Ni- MH 중국 천진 미상 20 0 1년 조업

S ONY리튬이온

폴리머

중국 무석 조립공정( 10 0 만/ 월) 20 0 1년 4월준공

멕시코 누에보·라레이드 조립공정(50 만/ 월) 계획중

일본 정부(경제산업성)는 New Sunshine Project 를 통해 1992년부터 10년간 140억엔을

지원하여 산·학·연 공동으로 고성능 리튬 2차전지 기술개발을 추진중에 있다.

(2) 중국

중국은 현재 휴대폰 사용자가 1억4,500만명( 01년 신규가입자 6,000만명)이고, 가입자수가

02년 1,500만명/월에 이를 정도로 튼튼한 수요기반이 있어 향후 2차전지 산업의 성장이 예

상된다. BYD를 비롯한 중국의 2차전지 생산업체는 일본과 한국이 자동화 공정을 채택한데

비해 저임금을 바탕으로 수공정 방식을 채택할 정도로 장비와 공정기술은 아직 뒤떨어진 상

태이고, 수공정 방식에 의한 표준화되지 않은 공정으로 인해 생산 제품의 안정성과 품질면

에서는 문제가 있는 것으로 파악된다. 그러나, 저렴한 생산비용에 의한 가격우위와 수입 IT

에 자국산 전지사용정책을 바탕으로 Motorola, Philips 등 세계적 핸드폰 업체에 납품을 하

166

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

고 있으며, 2차전지의 가격 하락을 주도하고 있다.

BYD현황

ㅇ9 9년 2월 리튬이온전지 생산개시 (각형 특화)

ㅇ니카드전지 생산량 세계 3위 ( 19%) , 니켈수소전지 생산량 세계 4위 (5%)

ㅇ리튬이온전지 월 2 백만 Ce ll (20 0 0 년 4/ 4분기) 생산

- 월 2 .3 백만에서 2 .5 백만에 이를 것으로 전망(일본 MAXELL에 맞먹는 수준)

중국 정부는 2차전지 산업의 육성을 위해 공정장비 구입과 염가판매에 따른 손실보전 등

직접지원뿐 아니라, 2차전지 군용표준 제정 등 품질제고 및 산업발전을 위해 적극 노력하고

있다.

(3) 미국/유럽

에너자이저, 듀라셀 등 미국과 유럽의 전통적인 1차전지 업체들은 지속적 기술개발, 생산

다각화 등을 통해 전지산업 및 기술에 대한 뛰어난 경쟁력을 보유하고 있으나, 1990년 이후

Mobile IT 기기용 리튬이온 2차전지 중심의 시장이 재편에 적응하지 못해, 일본이 시장을 완

전히 지배하고 있다. 2차전지 기업은 프랑스의 SAFT를 제외하고는 연구벤처 성격으로 새

로운 형태의 2차전지 시스템 개발에 주력하고, Bellcore, 텔코디어, Polyplus, Moltech 등에

서 개발한 기술특허를 일본과 한국의 2차전지 업계에서 기술이전을 받아 사용하고 있다. 미

국은 에너지성(DOE)의 PNGV 프로그램을 통해 1991년부터전기자동차와 Mobile IT기기용

2차전지 기술개발을 지원하고, DOC와 DOD에서도 각각 ARP/ AT P 프로그램과 USABC 프

로그램을 통해 첨단 2차전지 기술개발을 지원하고 있으며, 유럽은 JULIE 프로그램을 통해

1991년부터 17개국이 참가하여 리튬이온·리튬이온폴리머 전지개발, 전기자동차용 전지개발

을 지원하고 있다. 민간기업들도 GM, Ford 등을 중심으로 자동차용 연료전지를 적극적으로

개발(Ford는 01년 수소저장 물질로 F CHV, Natrium을 개발)하고 있다.

(4) 대만

대만 정부는 2차전지 산업을 국가적 차원에서 전략산업으로 육성하기 위해 1994년부터 4

개 기업을 Consortium으로 결성하여 리튬이온전지 개발을 적극 지원하고 있다.

167

신기술 동향

국가별 2차전지 산업 및 기술의 특징을 표 9에 요약하였다.

표 9 . 국가별 2차전지 산업 및 기술의 특징(200 2 . 9월 추가)

국가기 술 수 준 비 교

강 점 약 점

일본

- 생산 및 제품화 기술

- 시스템으로서의 제품 개발력

- 광범위한 In fr a 구축

- 기술개발의 지속적 투자확대

- 원천기술 부족

중국

- 막대한 자금투입

- 잠재적 시장수요 막강

- 저임금 노동력으로 저가공세

- 기초기술개발 능력취약

- 전문 고급기술인력 미약

- 대외의존도 심화

- 자동화 기술축적 미흡

미국

- 기초연구 개발력 우수

- 정부의 Ven tur e 기업 육성 강화

- 풍부한 자금 및 인재

- 생산기술 및 상품화 기술 열세

- 양산화 투자보다 R&D 치중

(기술판매 중심)

유럽

(EC)

- 기초연구 확대

- 국가연합으로 기술개발

- 환경보호 등의 In fr a 충실

- 제품 개발력 및 상품화 양산투자 미흡

대만

- 막대한 기술자금 지원

- 제반 Infr a 관세 무세

- 기초기술개발 능력취약

- 고급기술인력 취약

- 소재, 부품, 설비개발능력 취약

한국

- 국가/ 대기업의 적극적 참여

- 상품화에 의욕적

- 휴대용기기 등 관련산업 고도성장

- 양산화 R&D 및 제조기술

- 기초연구 및 전문기술인력 부족

- 소재, 부품, 설비 등 Infr a 기반 취약

- 차세대 및 대형 전지의 상품화 개발투

자 미흡

다. 복합기술분야

고성능 전지의 개발을 통하여 촉진될 수 있는 산업분야로는

(1) 각종전자기기의 소형, 경량, 고용량화

168

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

(2) 전기자동차 개발 촉진

(3) 심야잉여전력 수요창출 및 에너지의 효율적 활용 등을 들 수 있다.

특히 세부적인 측면으로 리튬전지 및 리튬폴리머전지 기반기술은 재료, 전자, 화공, 화학,

물리, 회로 등과 같은 다양한 복합기술을 요구하고 있으며 따라서 해당 기술의 개발을 통하

여 다양한 분야의 기술축적이 가능할 것으로 사료된다.

(1) 전극 활물질 제조기술 - 분체 기술의 확보

(2) 전해질 합성 기술 - 반응성 자료의 축적

(3) Slurry 제조기술 - 첨가제 및 연속공정기술 축적

(4) 도포기술 -기존의 축적된 기반기술(자기 저장매체)의 활용 및 확대

(5) 전지설계기술 - 전지의 특성화 및 다각화

(6) 부식, 방식 기술 - 안전성, 장수명화

(7) 고분자재료기술

(8) 금속가공기술 - 용기 가공기술

(9) 전자회로기술 - 안전회로 등

3 . 이차전지의 특허 및 실용신안 동향

중대형 이차전지는 대부분 납축전지를 지칭하고 있으며, 소형 이차전지는 리튬계 2차전지

계열만을 지칭하는 경우가 많다. 실제로 니켈-카드뮴 이차전지와 니켈-수소 이차전지도 시

장에서 유통되고 있으나 국내에서는 전혀 생산되지 않고 있으며 국내출원에서도 매우 드물

게 나타나고 있는 실정이다. 리튬계 이차전지는 양극활물질로서 리튬계 전이금속을 사용하

고 음극활물질로서 탄소계 물질을 사용하는 이차전지로서 1991년 소니에 의해 상용화된 이

후에 가장 많은 판매 신장율을 보이고 있으며, 현존하는 이차전지중 가장 높은 단위전지 전

압(3.0V 3.7V )을 보이는 전지형태로 리튬이온전지와 리튬폴리머전지가 있다.

1998년 2002년도에 국내에 출원된 소형 이차전지 관련기술은 총 1,542건으로 이중 국내

기업에 의한 출원은 1,253건, 외국기업에 의한 출원은 289건으로 국내기업이 외국기업에 비

해 4.3배나 많이 출원한 것으로 조사되었고, 특히 2002년도에는 국내기업이 전년 대비 18%

증가한 300건을 출원한 반면, 외국기업은 2001년도와 비슷한 78건을 출원하여 국내기업에

의한 연구개발이 활발히 진행되고 있는 것으로 표 10과 11에 나타내었다.

169

신기술 동향

표 10 . 소형 이차전지의 내·외국인별 출원동향 ( H0 1M )

(단위 : 건수)

연도 내국인 외국인 합계

19 9 8년 20 2 30 2 32

19 9 9년 2 6 1 4 4 30 5

20 0 0년 2 3 6 6 2 2 98

20 0 1년 2 54 7 5 3 29

20 0 2년 30 0 7 8 3 78

합계 1,25 3 2 8 9 1,54 2

표 1 1. 소형 이차전지의 출원인별 출원동향

199 8년 19 99년 20 0 0년 20 0 1년 20 0 2년 합계

국내

삼성SDI 130 20 2 14 7 10 6 7 2 6 57

LG화학 7 14 6 14 2 4 3

기타 6 5 4 5 8 3 134 12 6 4 53

외국

마츠시다 6 8 7 17 12 50

소니 5 9 7 1 1 1 3 3

산요 0 2 8 6 15 3 1

기타 19 25 4 0 4 1 4 8 173

소형 이차전지 관련기술은 00년도에 들어와 양극활물질과 전해질을 중심으로 소재기술에

대한 연구가 강화되고 있으나, 이차전지의 제조공정기술이 62%, 이차전지의 소재기술이

33.6%, 이차전지의 공정장비기술이 2.8%로서 소형 이차전지 관련기술의 대부분이 제조공정

기술에 집중되어 있음을 알 수 있다.(표 12,13참조)

표 12 . 소형 이차전지의 기술분야별 출원동향

170

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

연도 소재기술제조공정기술

(전극 및 전지셀 제조공정)공정장비기술 기타

19 98년 68 15 7 6 1

19 99년 95 19 8 6 6

20 00 년 10 3 18 3 7 5

20 0 1년 1 15 19 8 10 6

20 0 2년 13 7 2 2 1 14 6

합계 5 18 9 5 7 4 3 24

표 13 . 소형 이차전지의 소재구성별 출원동향

연도양극

활물질

음극

활물질집전체 분리막 전해질 전해액

외장재

(Can ,P ou ch )

전해액

첨가제

안전·보호장치

(PT C,P CM 포함)

199 8년 14 15 5 1 15 10 4 0 4

199 9년 30 16 5 5 11 13 6 1 8

200 0 년 2 7 19 10 3 17 17 4 0 6

200 1년 2 8 14 3 5 32 15 4 4 10

200 2년 17 16 3 4 36 3 3 5 7 16

합계 1 16 80 2 6 18 1 1 1 8 8 2 3 12 4 4

4 . 국내외 시장동향

1) 국내 2차전지 산업의 현황

1950년대 자동차용 연축전지와 망간건전지에서 시작한 국내 전지산업은 1999년 리튬이온

2차전지 양산을 계기로 산업이 급성장하게 되었다. 국내 전지산업은 2000년 기준으로 1조4

천6백억원이고, 이중 2차전지가 1조2천9백억원으로 88.2%의 비중을 차지하고 있으며 리튬 2

차전지는 2천7백억원을 생산해 2차전지중 20.8%를 차지하였다.

171

신기술 동향

표 14 . 전지산업 생산통계(20 0 0 광공업통계조사보고서) (단위 : 백만원)

품 목 명사업

체수생산액

출 하 연말재고품

(완제품)수량 금액

일

차

전

지

망간건전지(천개) 2알칼리망간건전지(천개) 3 2 8 ,2 68 15 7 ,7 24 29 ,6 10 79 1

리튬전지 5 3 7 ,64 7 37 ,5 2 7 1,0 5 2수은전지(천개) 1기타 일차전지 2일차전지부품 8 18 ,4 54 18 ,4 4 2 24 5

합 계 8 4 ,3 6 9 15 7 ,7 24 8 5 ,5 7 9 2 ,0 8 8

이

차

전

지

연축전지(자동차용)(개) 18 56 6 ,15 8 2 1,5 5 9 ,70 5 5 5 7 ,9 9 1 20 ,950리튬이온전지 5 24 0 ,10 3 2 3 7 ,8 6 8 8 ,3 3 7

니켈카드뮴전지(개) 2리튬폴리머전지 3 2 9 ,2 7 2 28 ,3 2 1 9 94

기타축전지 30 4 1 1,18 7 4 0 8 ,0 8 5 9 ,2 70격리판(축전지용) 4 2 5 ,0 8 1 25 ,0 9 8 72 8

축전지부품 13 2 1,7 13 2 1,64 0 16 9합 계 2 1 ,5 5 9 ,70 5

전지합계(전체) 9 6 1 ,4 6 5 ,0 0 8 2 1 ,7 17 ,4 2 9 1 ,4 54 ,3 4 6 4 4 ,6 9 9

2) 세계 2차전지 산업의 현황

핸드폰, 노트북 PC, PDA 등 Mobile IT 제품의 보급 확대로 인해 2차전지산업의 성장은

매우 긍정적이며 전지산업 전체는 2000년 136억불에서 2006년 178억불 규모로 성장하고, 2

차 전지의 비중이 크게 확대될 것으로 전망된다. 1차전지 비중은 2000년 13%에서 2006년

11%로 축소되고, 소형 2차전지는 2000년 38%에서 2006년 47%로 비중이 확대되는 추세에

있다. 소형 2차전지 산업은 IT제품의 Mobile화가 급속도로 진행됨에 따라, 2010년에는 230

억불 규모로 성장할 것으로 전망된다.

172

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

그림 3 . 세계 이차전지의 시장현황(출처 : 산업자원부 , 2 0 0 2 .10 )

소형 이차전지의 세계시장은 02년도 63억달러를 기록하여 00년도 53억달러에 비하여

19% 증가하였고 04년도에는 02년도보다 20% 성장한 76억불에 이를 것으로 예상되며(그림

2), 또한 소형 이차전지산업을 차세대 고부가가치 수출전략산업으로 육성하기 위한 한국, 일

본, 중국의 경쟁이 반도체, 디스플레이시장에 이어 소형 이차전지시장에서도 더욱 치열해질

것으로 전망된다.

표 15 . 소형 이차전지의 세계시장(단위 : 억불)

연 도 20 0 2년 20 0 6년 20 10년

시장규모 6 3 억불 84 억불 2 30 억불

소형 이차전지의 세계시장은 91년 일본 소니에 의해 리튬계 이차전지가 상용화된 이래,

핵심소재와 공정장비 등에서 최고의 기술력을 보유하고 있는 일본의 전지업체가 70% 이상

의 시장점유율을 보이고 있으며, 2000년도에 들어와 한국, 중국의 전지업체가 일본의 전지업

체를 추격하는 양상이다. 실제로 2002년도 소형 이차전지시장에서 한국 전지업체의 시장점

유율은 15.8% 로서 일본 전지업체의 시장점유율 71.6% 보다는 상당히 적고 중국 전지업체

의 시장점유율 13.5% 보다는 약간 많은 것을 그림 3에 나타냈다. 그러나, 국내의 주요 전지

173

신기술 동향

업체들이 소형 이차전지에 대한 연구개발을 강화하고 생산량을 확대하고 있어 올해 소형 이

차전지시장에서는 20%에 가까운 시장점유율을 보일 것으로 전망된다.

표 16 . 소형 이차전지 시장에 대한 각국별 점유율(단위 :퍼센트)

구 분 19 9 7 19 9 8 19 9 9 20 0 0 20 0 1 20 0 220 0 3

(전망)

20 0 5

(전망)

일 본 9 9 .9 9 7 .4 9 6 .9 93 .9 7 9 .8 7 1.6 6 7 .0 54 .5

중 국 - 2 .5 3 .0 3 .5 10 .5 12 .5 13 .5 16 .5

한 국 - - - 2 .5 9 .6 15 .8 19 .4 2 8 .8

기 타 0 . 1 0 .1 0 .1 0 .1 0 .1 0 . 1 0 .1 0 .2

(출처 : 산업자원부, 2002.11)

소형 2차전지중에서도 IT기기의 소형화, 경량화, 고성능화 요구에 따라, 리튬이온전지가

시장을 주도하고 있으며 리튬폴리머전지의 성장폭이 확대될 전망된다.

표 17 . 소형 2차전지 시장 점유율 전망(금액 기준 , 단위 : %)

구 분 20 0 0 20 0 5 20 10

리튬이온(LIB ) 5 2 .9 5 2 .9 54 .1

리튬고분자(LIPB ) 2 .2 14 .8 18 .8

니켈수소(Ni/ MH) 2 2 .9 15 .2 14 .1

니켈카드뮴(Ni/ Cd) 2 2 .0 17 . 1 13 .0

리튬계열(LIB, LIPB) 전지의 용도별 시장은 핸드폰(50%)과 노트북(38%)이 대부분을 점유

하고 있으며, 지역별 시장규모(생산 물량기준)는 아시아, 일본, 북미, 유럽 등의 순서로 나타

난다.

174

이차전지의 기술, 시장동향 및 특허동향

그림 4 . 리튬이온 2차전지의 지역별 , 용도별 비중

기업별 시장점유율은 리튬이온계 2차전지 산업이 시작된 일본계 기업이 절대적인 비중을

차지하고 있다.

표 18 . 기업별 시장점유율 (금액기준 : 2 0 0 0 년)

LIB SANYO SONY MBI GSMT T os h ib a Hit ach i NEC BYD 기타 합 계

점유율 29 % 19 % 17% 7 % 7 % 3 % 3 % 8 % 7 % 10 0 %

LIPB SONY GSMT MBI SANYO T os h ib a Hit ach i NEC 기타 합 계

점유율 3 1% 34 % 0 .4 % 6 % 12 % 1.3 % 0 .4 % 14 .9 % 10 0 %

2차전지의 수요부문인 Mobile IT 산업은 최근의 전반적인 IT 경기의 침체에도 불구하고

견실한 성장이 전망되어, 2차전지 산업의 전망을 밝게 해주고 있다. 소형 2차전지(리튬이온

계) 수요의 50% 이상을 점유하는 핸드폰은 2002년부터 13% 이상의 성장을 보일 것으로 전

망된다.

5 . 결

2010년 2차전지 시장규모는 230억 달러로, 이 중 약 70%가 리튬이온계 전지로 대체될 것

이고 2차전지 수출규모를 2010년까지 69억 달러로 늘리고, 세계시장 점유율을 40%로 높일

수 있을 것이라 전망할 수 있다. 또한, 소형 이차전지의 세계시장은 2002년도 63억달러로,

2000년도 53억달러에 비하여 19% 증가, 2004년도에는 2002년도보다 20% 성장한 76억불에

175

신기술 동향

이를 것으로 예상되며, 또한 소형 이차전지산업을 차세대 고부가가치 수출전략산업으로 육

성하기 위한 한국, 일본, 중국의 경쟁이 반도체, 디스플레이시장에 이어 소형 이차전지시장

에서도 더욱 치열해질 것으로 전망된다.

현재 국내에서 소비되는 소형 이차전지의 핵심소재는 리튬코발트계 양극활물질, 전해액,

분리막만이 국산화되어 국내 전지업체에 일부 공급되고 있으나, 전체 소재물량의 80% 이상

이 아직도 일본으로부터 수입되고 있고, 제조공정장비도 전지성능에 가장 큰 영향을 미치는

전극판 제조 공정장비와, 전지의 특성을 가지도록 충전하거나 전지의 성능을 검사하는 화성

공정장비들이 일본으로부터 대부분 수입되고 있어, 국내 전지업체의 국제경쟁력을 크게 약

화시키는 요인이 되고 있다. 따라서, 국내 전지업체가 소형 이차전지의 세계시장에서 일본,

중국의 전지업체와 경쟁하여 앞서 나가기 위해서는 연구개발 패턴을 지금까지의 소형 이차

전지의 제조공정기술에서 소재기술과 공정장비기술 중심으로 전환하고, 기존의 핵심소재를

대체할 수 있는 리튬-황계 양극활물질과 같은 고성능, 고부가가치의 신소재 개발과 전극판

제조 공정장비, 화성공정장비에 대한 기술개발이 선행되어야 할 것이다. 또한, 정부도 국내

전지업체와 학교, 연구소간의 상호협력체계를 구축하여 소형 이차전지 산업을 주도할 전문

인력을 양성하는 한편, 그 동안 폐쇄적 협력체제로 존재했던 전지셀업체, 소재업체, 장비업

체를 개방적 협력체제로 유도하여 기술개발된 소재와 공정장비가 조속히 양산될 수 있도록

지원하고, 국내 전지업체가 해외의 수요처를 대상으로 적극적인 마케팅을 전개할 수 있도

록 각종 시책을 수립하여 협조해 나가야 할 것이다.

< 참 고 문 헌>

한국전기연구소 ： www .lily .keri.re .kr/ battery일본전지공업회 ： www .bai.or .jp(주）서통 ：www .suttong .co.kr로케트전기：www .rocket .co.kr한국전지　：www .ksb .co.kr영풍통상　：www .alcaba.comLG화학 : www .lgbattery .com에너지기술정보: www .potalenergy .com2차전지산업 발전전략 보고서, 2002. 8, 산업자원부

전자신문 : www .etnew s .co.kr전기시험연구소 : www .seoul- keri.re.kr

176