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3일 국내 배터리 업체인 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온은 전고체 배터리 상용화에 공을 들이고 있다. 차세대 배터리 개발을 통해 글로벌 배터리 업계 선두 지위를 지키겠다는 의도다.
전고체 배터리는 무기계인 산화물과 황화물, 유기계인 폴리머(고분자계)로 크게 3종류로 구분한다. 이중 황화물계 전고체 배터리가 성능이나 제조공정 측면에서 가능성이 높다고 여겨지고 있다. 유무기계를 혼합해 만드는 하이브리드 형 복합 고체 전해질도 연구가 되고 있다.
글로벌 배터리업체들이 집중하는 황화물계는 이온전도도와 온도안전성은 뛰어나나 습도안전성과 리튬 결정체가 쌓이는 덴드라이트 현상에 취약하다. 특히 덴드라이트 현상은 배터리 분리막을 훼손해 배터리의 수명과 안전성에 부정적인 영향을 미친다. 전고체 배터리 개발과 생산까지는 안정성과 제조성 확보가 필요하다.
LG에너지솔루션은 고분자계 전고체 배터리와 황화물계 전고체 배터리를 순차적으로 상용화 한다는 방침이다. 오는 2026년 고분자계 배터리 양산에 이어 2027년에는 황화물계 배터리를 양산한다. 고분자계는 이온전도가 낮지만, 내부 단락에 안전하고 기존 공정을 그대로 사용할 수 있어 생산성이 비교적 뛰어나다.
삼성SDI는 국내 배터리 3사중 가장먼저 전고체 배터리 개발에 나선 곳이다. 삼성SDI는 전고체 배터리의 취약점인 덴드라이트 현상을 해결하기 위해 고체 전해질 소재와 혁신 소재 기술로 수명을 개선한 ‘무음극 기술’을 개발했다. 삼성SDI는 전고체 배터리 생산라인인 S라인 완공을 시작으로 올해 안에 시제품을 생산할 계획이다.
SK온은 최근 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 고체전해질 공동개발에 성공했다. 황화물계 전해질은 수분과 반응해 황화수소가스가 발생하는 큰 단점이 있어 전고체 배터리 개발에 어려움이 있다. 반명, 산화물계 고체전해질은 황화물계에 비해 이온전도도가 낮지만, 화학적 안정성이 우수해 양극 물질과의 반응성이 적다. 또한, 덴드라이트 현상을 억제할 수 있어 흑연 음극을 고용량인 리튬 메탈로 대체할 수 있다.
일본의 완성차업체 토요타와 중국의 배터리업체 CATL도 전고체 배터리 개발에 한창이다. 토요타는 세계에서 가장 많은 전고체 배터리 관련 특허를 보유한 기업이다. CATL은 전고체 배터리 개발 및 생산을 목표로 신소재 전지 기술 연구에 적극적으로 투자하고 있다.
배터리 업계 관계자는 “전고체 배터리 양산까지는 넘어야 할 산들이 많다”라면서 “전고체 배터리가 기존 리튬이온 배터리에 비해 가격 경쟁력을 갖추려면 높은 기술력과 연구개발 자금이 필요한데 정부의 지원책이 필요하다”라고 전했다.
김태준 기자 tjkim@viva100.com
