헬로우티 국내 2차전지 3사의 미래 먹거리 '전고체 배터리' 어디쯤 왔나
꿈의 배터리라 불리는 전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 분리막과 액체 전해질 조합을 고체 전해질로 대체한 차세대 이차전지다. 전고체 배터리는 현재까지 기술적 한계로 상용화가 어려운 것으로 여겨지지만, 유기용매를 사용하지 않아 가연성이 현저히 줄어들기 때문에 화재 위험을 크게 낮출 수 있어 차세대 배터리로 기대를 모으고 있다.
국내 이차전지 제조사들은 현재 NCM, NCA 등 삼원계 배터리의 고도화와 중국 시장에 대응할 중저가 보급형 배터리 개발에 주력하는 한편, 먼 미래 시장을 내다보며 전고체 배터리 개발에도 힘을 쏟고 있다.
국내 기업 중 가장 앞선 것으로 평가되는 삼성SDI는 2027년 전고체 배터리 상용화라는 도전적인 목표를 제시했다. 황화물계 전고체 배터리 개발에 집중하고 있는 삼성SDI는 음극 없이 양극만으로 배터리를 만드는 '무(無)음극 기술'을 세계 최초로 개발해 최고 수준의 에너지 밀도와 안전성을 확보한 것으로 알려졌다. 올해 상반기 6500㎡ 규모의 전고체 배터리 파일럿 라인 'S라인'을 구축하고 하반기부터 시생산에 들어갔다. 'S라인'에는 전고체 전지 전용 극판 및 고체 전해질 공정 설비, 셀 조립 설비 등 전고체 배터리 제조에 필요한 신규 공법 및 인프라가 도입되었다.
SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 두 종류의 전고체 배터리를 개발 중이며, 모두 2026년 시제품 생산, 2028년 상용화를 목표로 하고 있다. SK온 연구진과 단국대 연구팀이 공동 개발한 산화물계 고체 전해질은 세계 최고 수준의 리튬이온 전도도를 보였다. 리튬이온 전도도는 전해질 내 리튬 이온의 이동 속도로, 속도가 빠를수록 배터리 출력이 커지고 충전 속도가 빨라진다. 공동 연구팀은 산화물계 고체전해질 소재인 LLZO의 첨가물질 조정을 통해 리튬이온전도도를 기존보다 70% 개선했다. 또한 액체 전해질을 사용한 리튬이온배터리의 최대 사용 전압은 4.3V이지만, 산화물계 고체 전해질을 사용할 경우 최대 5.5V까지 늘어나 배터리 용량을 최대 25% 늘릴 수 있다.
이 고체 전해질은 NCM 양극재 기반 전고체 배터리뿐만 아니라 리튬-황, 리튬-공기 배터리 등 차세대 배터리를 전고체화하는 소재로도 활용 가능하며, SK온이 개발 중인 고분자-산화물 복합 전고체 배터리에도 적용할 수 있다. 산화물계 고체 전해질은 고분자계보다 기계적 성질이 우수해 덴드라이트 현상을 억제하는 등 기존 고분자 전고체배터리의 한계를 극복할 수 있기 때문이다. SK온 관계자는 이 기술을 차세대 배터리에 적용한다면 화재 안전성과 장거리 주행 가능성을 모두 충족시킬 수 있을 것이라고 기대감을 나타냈다.
LG에너지솔루션은 2026년 고분자계, 2030년 황화물계 전고체 배터리 상용화 로드맵을 세우고 관련 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 마곡 LG사이언스파크 내 전고체 배터리 개발부가 연구를 주도하고 있으며, 고분자계와 황화물계 두 종류의 전고체 배터리를 동시에 개발하고 있다. 또한 KAIST, 서울대 등과 산학협력을 통해 연구를 진행 중이다.
한편 이차전지 전문 시장조사 기관 SNE리서치는 글로벌 전고체 배터리 생산이 지난해 0.06GWh에서 2025년 1GWh, 2030년 149GWh, 2035년 950GWh까지 폭발적으로 성장할 것으로 전망했다. 전고체 배터리 기술이 상용화된다면 전기차 시장은 더욱 확대될 것으로 보인다. 보다 안전하고 주행거리가 긴 전기차 출시가 가능해져 소비자들의 구매 욕구를 자극할 수 있기 때문이다. 배터리 업계의 기술 경쟁이 가속화되면서 전기차 대중화 시기도 앞당겨질 전망이다.
다만 전문가들은 전고체 배터리 상용화를 위해서는 아직 넘어야 할 산이 많다고 지적한다. 양산 기술 확보, 완성차 업체와의 협력, 안전성 입증 등 해결해야 할 과제가 산적해 있다는 것이다. 업계 관계자는 "전고체 배터리는 미래 배터리 시장을 선도할 핵심 기술이 될 것"이라며 "상용화를 위해서는 업계의 지속적인 연구개발과 투자가 필요하다"고 강조했다.
2023년09월26일 : 국내 2차전지 3사의 미래 먹거리 '전고체 배터리' 어디쯤 왔나