2차전지용 전극재료,

휴대용 전자기기의 미래를 좌우한다!

o 최근 무선통신기기와 노트북, 캠코더 등 휴대형 전자․정보기기의 보급 에 따라 이차전지의 소형화 및 고성능화를 위한 2차전지용 전극재료에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며 이에 관한 특허출원도 점증하고 있다.

- 이차전지란 한번 사용 후 폐기하는 건전지와 달리 충전과 방전의 반복을 통하여 500회 이상 연속적 반복사용이 가능한 화학전지를 말하는 것으로, 그 재료에 따라 납축전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 등으로 구분되며 리튬계열(리튬이온, 리튬폴리머)이차전지의 경우 IT기기의 폭발적 수요증가에 따라 그 수요가 급증하고 있다.

- 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 전해질로 구성되어 있으며(그림1) 각 전극은 전기화학적으로 산화․환원이 일어날 수 있는 물질인 양극활물질(陽極活物質), 음극활물질(陰極活物質) 등의 전극재료로 구성되어 있다.

o 이차전지용 전극재료의 최근 연구개발 방향은 비용절감을 위한 새로운 재료의 개발 및 전지의 성능향상으로 요약되며, 리튬계 이차전지를 예로 들면, 양극재료는 고가의 코발트산 리튬을 저가의 니켈 및 망간산 리튬으로 대체시켜 재료의 비용을 절감시키고 음극재료는 탄소재료의 물성을 개선하여 전지의 고성능화를 이루려는 방향으로 연구가 진행되고 있다.

o 휴대용 전자기기의 보급이 급속도로 진행됨에 따라 소형이차전지의 세계시장규모는 2002년 63억불에서 2006년 94억불, 2010년에는 230억불 규모로 성장할 것으로 전망되고 있고(표1), 이에 따라 전극재료의 시장도 꾸준히 성장할 것으로 예상되고 있다.

- 이차전지용 전극재료 중 리튬이온 전극재료의 국내시장규모는 2001년 523억원에서 2006년 1,992억원으로 연평균 31%씩 증가할 것으로 전망된다.(표2)

o 1996년부터 2003년까지 이차전지용 전극재료와 관련한 특허출원은 총 262건이 있었으며, 매년 30 - 40건씩 꾸준히 출원이 이루어지는 추세를 보이고 있다.(표3)

- 이차전지용 전극재료의 종류별로는 총 262건 출원 중 리튬계열이 236건으로 90%를 차지하고 있고,(표4)

- 국내외 출원인별로는 내국인이 210건으로 총 262건 중 80%를 차지하고 있는 것으로 나타났다.(표5)

o 우리나라의 이차전지 기술경쟁력은 제조공정분야에서는 선진국수준에 근접하고 있으나, 원천기술인 전극재료 분야에서는 아직 많은 격차를 보이고 있으므로 동 분야의 기술우위를 확보하기 위한 지속적인 연구, 투자가 요망되고 있다.

<붙임> 1. 표1) 소형이차전지의 세계시장전망

표2) 리튬이온 이차전지 전극재료의 국내시장현황 및 전망

표3) 이차전지용 전극재료의 년도별 특허출원동향

표4) 이차전지용 전극재료의 종류별 특허출원동향

표5) 이차전지용 전극재료의 내,외국인별 특허출원동향

2. 그림1) 각형 리튬이온전지의 구성도

<붙임> 1.

(표1) 소형이차전지의 세계시장 현황 및 전망

(단위 : 억불)

구분	2002	2006	2010
시장규모	63	84	230

(자료 : 산자부, 2002)

(단위 : 억원)

구분	2001	2002	2003	2004	2005	2006
양극 재료	360	496	616	860	1099	1366
음극 재료	163	225	281	393	503	626

(자료 : 전자부품연구원, 2002)

(단위 : 건)

년도	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003 (11월말기준)	계
출원 건수	19	32	20	39	33	48	37	34	262

(표4) 이차전지용 전극재료의 종류별 특허출원동향

(단위 : 건)

전극재료	Li계열 양극재료	Li계열 음극재료	Ni계열 양극재료	Ni계열 음극재료	기타	계
출원 건수	157	79	15	7	4	262

(표5) 이차전지용 전극재료의 내,외국인별 특허출원동향

(단위 : 건)

년도	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003 (11월말기준)	계
내국인	12	28	19	35	29	39	22	26	210
외국인	7	4	1	4	4	9	15	8	52

(그림1) 각형 리튬이차전지의 구성도

<참고자료>

■ 2차전지 종류별 상세설명

- 납축전지 : 전류용량이 커서 자동차의 기초전원으로 널리 이용되며 양극은 과산화납, 음극은 납을 사용하고 전해액은 묽은 황산을 사용.

- 니켈카드뮴(Ni-Cd)전지 : 종래 가장 널리 사용되던 충전식 전지로서 메모리효과가 있어 완전히 방전하지 않고 충전을 하게 되면 용량이 줄어드는 단점이 있음. 양극은 니켈 수산화물, 음극은 카드뮴을 사용하며 전해액은 수산화칼륨 수용액을 사용.

- 니켈수소(Ni-MH)전지 : 에너지 밀도가 높아 니켈카드뮴전지보다 고용량화가 가능하며, 휴대형 전자제품에 사용되어 왔으나 리튬계열 전지에 의해 대체되는 추세임. 양극은 니켈화합물, 음극은 수소저장 합금을 사용하고 전해질은 알카리 수용액을 사용.

- 리튬이온전지 : 작고 가벼우면서도 고출력인 전지로서 현재 가장 많이 이용하고 있으며, IT기기의 소형 경량화를 가능하게 해준 전지임. 양극은 리튬코발트산화물, 또는 리튬망간산화물을 사용하고 음극은 탄소(카본)를 사용하며 전해질로 액체전해질을 사용.

- 리튬폴리머전지 : 전극물질은 리튬이온전지와 같은 것을 사용하며 전해질은 겔상의 고분자를 사용함으로써 전지의 형상을 유연하게 만들 수 있음.

2004년 3월 10(수)