LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 배터리3사가 ‘꿈의 배터리’라고 불리는 전고체 배터리 시장 선점을 위해 개발에 박차를 가하고 있다.
전기차 캐즘(일시적 수요 정체) 장기화와 중국업체들의 전방위 물량 공세에 뛰어난 품질을 갖춘 배터리를 앞세워 경쟁력을 높이기 위해서다. 최근 중국 CATL, BYD 등도 전고체 배터리 기술 개발 속도내면서 경쟁은 더욱 치열해지는 양상이다.
전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달해 전류를 흐르게 하는 물질인 전해질을 기존의 액체가 아닌 고체로 바꾼 배터리다. 기존 리튬이온 배터리와 비교해 에너지 밀도가 높고 안전성이 뛰어나 수명이 길고, 충전 속도도 빠르다. 극한의 온도변화에도 안정적인 성능 발휘를 할 수 있어 전기차와 에너지저장장치(ESS) 시장을 중심으로 수요가 확대될 것으로 보인다. SNE리서치는 전 세계 전고체 배터리 시장 규모가 2030년 400억달러(58조7000억원)까지 성장할 것으로 전망했다.
LG에너지솔루션은 독자적인 소재기술을 확보해 2030년 상용화를 목표로 기술개발에 속도를 내고 있다. 회사는 최근 전고체 배터리의 충전 속도를 10배 높일 수 있는 기술 개발에 성공했다.
시카고대학교 ‘셜리 멍’ 교수와 함께 ‘금속의 결정 성장 방향이 배터리 충전 속도 및 안전성에 미치는 영향’을 연구한 논문도 완성해 저명한 에너지 학술지 ‘줄(Joule)’에 게재되는 성과도 냈다.
또 전고체 배터리 음극에 약 5㎛(마이크로미터) 입자 크기를 가진 ‘마이크로 실리콘 음극재’를 적용한 ‘장수명 전고체 배터리’ 기술을 개발했다. 기존 60℃ 이상에서만 충전이 가능했던 기술적 한계를 극복해 상온에서도 충전을 가능케한 기술이다.
삼성SDI는 2027년 전고체 배터리 양산을 목표로 기술 개발에 한창이다. 2023년 3월 경기 수원에 전고체 배터리 파일럿 라인 ‘S-라인’을 준공한 상태로 시제품 생산과 성능 테스트 진행하고 있다.
삼성SDI는 또 전고체 배터리 샘플의 공급을 5개 고객사로 확대하고, 핵심소재 내재화를 진행하는 등 연구개발에도 매진하고 있다. 삼성SDI는 올해 전고체 배터리의 고용량화를 달성하고 양산 기술을 완성한다는 목표다.
지난해 삼성SDI는 업계 최고 900Wh/L의 에너지 밀도를 구현한 전고체 배터리 양산 준비 로드맵을 처음으로 대중에 공개했다. 회사는 독자 조성한 고체 전해질 소재 개선과 혁신적인 무음극 기술을 통해 음극의 부피를 줄여 양극재를 추가함으로써 업계 최고의 에너지 밀도를 달성하겠다는 계획이다.
SK온은 국내 유수 대학·기관과 함께 고분자·산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발하고 있다. 각각 2027년, 2029년에 상용화 시제품을 생산한다는 목표다.
지난달 SK온은 빠른 속도와 저온 열처리가 특징인 광소결 기술을 해법으로 제시, 최적의 균일성을 갖는 다공성 구조체를 만드는 데 성공했고, 관련 내용은 에너지 화학분야에서 저명한 국제 학술지에 실렸다.
현재 SK온은 대전 배터리 연구원에 전고체 배터리 파일럿 라인을 구축하고, 미국 전고체 배터리 기업 ‘솔리드파워’와 협력을 강화하고 있다. 대전 배터리연구원에 건설 중인 차세대 배터리 파일럿 플랜트는 올해 하반기 완공 예정이다.
이선율 기자
melody@chosunbiz.com
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