[미리보는 배터리데이]〈3〉'꿈의 배터리' 전고체 전지 양산 로드맵 엿본다

높은 에너지 밀도와 안정성으로 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리 양산을 두고 글로벌 경쟁이 불붙었다. 주요 배터리 제조사와 완성차 업체가 상용화 계획을 속속 발표하면서 달라질 소재·부품·장비 공급망이 분주하다.

전고체 배터리는 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체한 배터리를 말한다. 발화나 폭발 위험이 없어 안전성이 우수하고 분리막이 없기 때문에 부피 대비 에너지 밀도가 높아 전기차 주행거리 증가를 가능하게 하는 꿈의 배터리로 불린다.

전자신문 주최로 5월 23일 열리는 '배터리데이 2024'에서는 국내 배터리 3사 가운데는 전고체 배터리 기술 개발에서 가장 앞선 것으로 평가받는 삼성SDI와 전고체 배터리 이온 전도도 향상을 위한 필수 장비인 초고압 프레스를 개발하는 일신오토클레이브가 참여해 관련 기술 동향을 소개한다.

고주영 삼성SDI 중대형전지사업부 부사장은 '삼성SDI의 배터리 전략(Battery Strategy of SamsungSDI)'을 주제로 발표에 나선다. 고주영 부사장은 지난해 신설된 ASB(All Solid Battery) 사업화 추진팀을 이끌고 있다.

삼성SDI가 '인터배터리 2024'에서 900와트시/리터(Wh/L) 전고체 배터리 개발 및 양산 준비 로드맵을 공개했다. (삼성SDI 제공)

삼성SDI는 현재 리튬이온 배터리 한계를 전고체 배터리로 뛰어넘는다는 계획으로 2027년을 상용화 목표 시점으로 정했다. 업계 최고 에너지 밀도인 900와트시/리터(Wh/L) 전고체 배터리 양산이 목표다.

이를 위해 차근차근 상용화 로드맵을 밟고 있다. 지난해 3월 국내 배터리 업계 최초로 수원에 위치한 연구소 내에 약 2000평 규모 전고체 배터리 파일럿 라인을 구축하고 샘플을 양산해 자동차 제조사 3곳에 제출했다. 올해 상반기 중 전고체 배터리 양산 투자 규모를 결정한다는 계획이다.

전고체 배터리는 전해질과 전극이 모두 고체 상태인 만큼 폭발 위험이 없고 안전성이 우수하다는 장점이 있지만 한편으로는 전극과 고체전해질 사이에 저항이 높아 이온전도도를 일정 수준으로 높이기 힘든 것이 기술 장벽으로 꼽힌다.

이온전도도를 높이기 위해서는 전극과 전해질의 입자 밀도를 높이고 계면저항을 줄여 이온전도도를 높이는 초고압공정(HPP)이 필요하다. 이 공정에 필요한 장비가 온간정수압장비(WIP)다. 기존 리튬이온 배터리 생산에는 없던 공정이지만 전고체 배터리 이온전도도를 10배 이상 높일 수 있어 핵심 공정으로 부상할 전망이다.

배터리데이 2024에서는 박종범 일신오토클레이브 연구소장이 '전고체배터리 생산공정에 있어 WIP 활용 및 산업동향'을 주제로 발표한다. 일신오토클레이브는 전고체 배터리 필수 공정 장비인 WIP를 독자 기술로 개발해 국내외 배터리 기업과 완성차 업체 파일럿 라인에 공급했다.

일신오토클레이브의 150L 규모 초고압공정(HPP) 장비 (일신오토클레이브 제공)

WIP는 물이나 기름을 유체로 이용해 모든 방향으로 균일한 힘이 전달되게 하는 원리를 이용한다. 모든 면에 균일한 힘이 작용돼 배터리 외형 변화없이 전극층과 전해질층의 균일한 접합이 가능하게 하고 전극 입자 사이 공극을 줄여 고밀도 배터리 제조를 가능하게 한다.

WIP 공정을 적용하려면 각 배터리 셀에 대한 밀봉 과정이 필요하고 이 때문에 연속공정이 어려워 생산성이 낮은 것이 한계로 꼽힌다. 차후 대량 양산 체제로 나아가기 위해 밀봉 과정이 필요 없는 롤프레싱 생산 공정 연구도 함께 진행하고 있다.

전자신문이 23일 코엑스에서 개최하는 '배터리데이 2024'는 배터리셀부터 소재·부품·장비에 이르는 생태계 전반에 걸친 최신 기술 트렌드와 미래 시장 전망을 산업 현장 최전선 전문가들로부터 들을 수 있는 콘퍼런스다.

LG에너지솔루션, 삼성SDI를 비롯해 에코프로, LS전선, 민테크, 대주전자재료, 엔켐, EV볼륨스, 일신오토클레이브, JR에너지솔루션 등 주요 기업이 총출동한다. 전고체 배터리, 실리콘 음극재, 차세대 전해액, 배터리 파운드리 등 업계에서 주목받는 주제 강연이 마련됐다.

'배터리데이 2024' 사전 등록은 오는 22일까지 행사 홈페이지에서 진행된다. 행사에 대한 자세한 내용은 전자신문 홈페이지(콘퍼런스 메뉴)에서 확인할 수 있다.

전자신문 '배터리데이 2024' 프로그램

정현정 기자 iam@etnews.com