[엠투데이 최태인 기자] '전고체 배터리'가 전기차 시장에서 각광받고 있는 가운데, 글로벌 배터리 기업들의 전고체 상용화 로드맵이 주목받고 있다.
전고체 배터리는 전해질을 액체에서 고체로 바꾼 구조다. 발화 위험이 크게 줄고, 부피·무게를 줄여 에너지 밀도를 높일 수 있다. 이는 곧 주행거리 향상과 차량 경량화로 이어진다. 많은 글로벌 자동차 기업들이 토요타, 폭스바겐, BMW 등 완성차 업체들이 일찌감치 전고체를 '게임 체인저'라 부른 이유다.
한국의 삼성SDI·SK온·LG에너지솔루션도 잇달아 로드맵을 내놓으며 글로벌 경쟁에서 주도권을 노리고 있다.
먼저 삼성SDI는 전고체 배터리 상용화 시점을 오는 2027년으로 못박았다. 회사가 내세운 무기는 독자적으로 조성한 고체 전해질 소재와 혁신적인 무(無)음극(anode-free) 기술이다. 이를 통해 음극의 부피를 줄이고 양극재 비중을 확대해, 업계 최고 수준인 900Wh/L 에너지 밀도를 구현한다는 전략이다.
삼성SDI는 국내 최초로 수원 연구소에 전고체 전용 파일럿 라인인 'S라인'을 구축했다. 6500㎡ 규모의 이 라인에서는 고체 전해질 공정 설비, 전용 전극 판, 이온 전달 최적화 셀 조립 공법 등 신규 인프라가 적용돼 2023년부터 시제품을 생산하고 있다.
현재 글로벌 완성차 업체들에 샘플을 공급하며 성능 평가를 진행 중이며, 고객사로부터 긍정적 피드백을 받고 있다는 것이 회사 측 설명이다.
삼성SDI는 단순히 시제품 생산을 넘어 양산성을 확보하기 위한 공정 혁신에도 집중하고 있다. 계면 저항을 낮추고 생산 효율을 높이는 방법을 꾸준히 연구하며, 전고체 배터리를 가장 먼저, 가장 안전하게 상용화하겠다는 목표를 내세우고 있다.
이어 SK온은 지난 15일 대전 미래기술원에 전고체 배터리 파일럿 플랜트를 준공했다. 이번에 준공된 플랜트는 약 4628㎡(약 1400평) 규모로, SK온은 신규 파일럿 라인에서 황화물계 전고체 배터리를 개발할 예정이다. 일부 라인에서는 고체 배터리의 한 종류인 리튬 메탈 배터리도 개발한다.
이 플랜트는 온간등압프레스(WIP) 프리 기술을 국내 최초로 적용해 생산성과 성능을 동시에 끌어올린 점이 특징이다.
SK온은 우선 800Wh/L 전고체을 내놓고, 장기적으로는 1000Wh/L까지 목표를 높였다. 상용화 시점은 오는 2029년으로, 기존 목표보다 1년 앞당겼다.
또 LG에너지솔루션은 오는 2030년 이전 완성도 있는 전고체를 내놓는다는 장기 전략을 세웠다. 오창공장에 파일럿 라인을 세우고 시제품 생산을 추진 중이며, 무음극(anode-free) 전지와 황화물계 고체 전해질에 집중한다.
또 건식전극 공정, 글로벌 학계 협력(UCSD 등)을 통해 양산성 검증에도 힘을 싣고 있다. 다소 느리지만 품질과 안전성을 우선으로 한다는 전략이다.
중국과 일본 배터리 기업들도 전고체 배터리 상용화에 집중하고 있다.
글로벌 업계 1위 중국 CATL은 오는 2027년 소량 생산을 시작하고 2030년 대량 양산을 목표로 기술 개발에 매진하고 있다. 특히, 최근 시험 생산한 샘플은 에너지 밀도 500Wh/L 수준에 도달한 것으로 알려졌다.
BYD 역시 2027년 시험 생산, 2030년 대량 양산을 도모하고 있다. 일본의 토요타와 파나소닉은 고분자계 전고체 배터리를 중심으로 연구개발을 확대하고 있다.
중국 이차전지 제조사인 고션 하이테크(Gotion High-Tech)는 내년에 리튬이온 배터리와 전고체 배터리의 중간 단계인 반고체 배터리 양산을 시작할 예정이며, EVE 에너지(EVE Energy)는 중국 청두에 전고체 배터리 연구소를 열었다.
일본 완성차 기업 토요타는 오는 2027년 출시를 목표로 전고체 배터리 상용화에 속도를 내고 있다. 또한 이데미쓰고산과 협력해 전고체 배터리 소재의 파일럿 및 양산 시설을 구축하고 있다. 2030년까지 비용 절감, 셀 설계 개선, 충전 속도 최적화, 배터리 수명 및 에너지 밀도 향상 등의 과제를 해결하는 것을 목표로 하고 있다.
일본 파나소닉도 이르면 2030년 전고체 배터리 상용화를 목표로 연구개발(R&D)을 가속화하고 있다.
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