전고체가 화두···상용화 로드맵 '착착'

K-배터리 3사, 꿈의 전지 전고체 모두 전시

삼성SDI 가장 적극적, 2027년 상용화 목표

LG엔솔 SK온, 황화물계 기반 배터리 개발

(왼쪽부터) 김동명 LG에너지솔루션 사장, 이석희 SK온 사장, 최윤호 삼성SDI 사장. 사진=공동취재단

지난 6일 국내 최대 배터리 전시회인 인터배터리가 개막한 가운데 배터리 3사는 모두 차세대 배터리로 불리는 전고체 배터리를 전시에 눈길을 끌었다. 오는 2027년 상용화를 목표로 내세운 삼성SDI는 전시관 중앙에 전고체 배터리 시제품을 내세우며 3사 중 가장 적극적인 홍보에 나섰고 LG에너지솔루션과 SK온도 관련 기술을 선보였다.

삼성SDI는 이번 전시회에서 업계 최고 에너지 밀도를 자랑하는 리터(L)당 900Wh ASB(All Solid Battery : 전고체 배터리)의 양산 준비 로드맵을 처음으로 공개했다. 사측은 로드맵을 크게 ▲개발 ▲생산라인 ▲프로젝트 론칭 ▲공급망 등 4가지로 소개했다. 개발 단계에선 셀 대형화 이후 성능개선을, 생산라인은 생산 공정 결정, 양산라인 셋업으로 이어진다. 프로젝트 단계는 배터리 검증, 팩/전기차(EV) 검증으로 이어지며 자재 생산 규모를 확장하고 전고체 자재 대량 양산으로 공급망을 확대하기로 했다.

전고체 배터리 상용화에 가장 적극적인 삼성SDI는 지난해 말 'ASB 사업화 추진팀'을 신설해 상용화를 서두르고 있다. 이미 국내 배터리 업계 최초로 수원사업장 SDI연구소에 전고체 배터리 전용 파일럿 라인(S라인)을 구축했고 샘플도 생산한 상태다. 추진팀을 이끄는 고주영 중대형전지사업부 마케팅팀장도 "이 분야에선 선두를 놓치지 않을 것"이라고 강조하기도 했다.

인터배터리 현장을 찾은 최윤호 삼성SDI 사장도 전고체 배터리 로드맵에 관한 취재진의 질의에 "프로젝트를 가지고 진행 중이기 때문에 잘 돌아가고 있다"면서 "전고체 배터리 양산은 오는 2027년을 목표로 하고 있으나 조금 더 앞당길 가능성도 있다"고 말했다.

LG에너지솔루션은 고분자계, 황화물계 전고체 배터리를 전시장 소개했으나 양산 로드맵 등 상세한 설명은 하지 않았다. 김동명 CEO는 취재진의 질문에 "미래 기술이다 보니 완성도가 높고 실제로 적용이 가능한 제품을 구상하고 있다"며 "추후 정리가 되면 공유하겠다"고 밝혔다.

전고체 배터리. 사진=삼성SDI 제공

전고체 배터리는 리튬이온 배터리의 4대 요소인 전해질을 '고체'로 만들어 화재 위험성을 낮춘 '꿈의 배터리'로 평가된다. 기존 '액체' 상태의 전해액을 쓰지 않아 고온·고전압에도 견고하게 견딜 수 있다는 평가다. 또 리튬이온 배터리는 온도 변화와 외부 충격으로 인한 전해액의 발화 위험성 등으로 분리막을 사용해 내부 안정성을 높이지만 고체 전해질은 격자 사이에서 이온이 이동해 분리막이 필요없다. 고체 전해질이 분리막의 역할을 대신하는 셈이다.

에너지 밀도를 높일 수 있는 점도 특징으로 꼽힌다. 화재 위험성이 낮아지면서 안전과 관련한 배터리 부품이 줄어들고 그 자리에 배터리 용량을 늘릴 수 있는 활물질을 채워 넣을 수 있기 때문이다. 삼성SDI는 프리미엄 전기차에 탑재되는 각형 배터리(P5)와 비교해 회사가 개발 중인 전고체 배터리의 에너지 밀도가 약 40% 향상됐다고 밝혔다.

배터리 3사는 모두 황화물계를 기반으로 전고체 배터리를 개발 중이다. 고체 전해질은 재료에 따라 무기계·고분자계로 나뉘는데 무기계 중 하나인 황화물계를 사용하면 리튬이온 전달 효율을 높이는 이온전도도를 키울 수 있는 특징이 있다. 현재 전 세계에서 개발 중인 전고체 배터리 중 70~80%가 황화물계를 사용하는 것으로 알려졌다.

SK온은 지난 2021년 미국 전고체 배터리 기업 솔리드파워와 전고체 배터리를 공동 개발하기로 합의한 데 이어 올해 초에는 기술 라이선스 계약도 맺었다. 기술 개발 관련 로드맵을 공개한 이번 인터배터리에선 황화물계 전고체 배터리를 올해 2Ah 파우치 셀을 양산하고 2025년까지 파일럿 라인을 준공하겠다고 밝혔다. 이어 2026년에는 60Ah 이상의 전기차용 셀을 연간 최대 3만개 생산하고 2029년 상용화를 목표로 내세웠다.