‘리튬메탈 뭐기에’···LG엔솔·삼성SDI·SK온 기술 경쟁 '후끈'
3사 해법 엇갈려···기술력 이어 양산까지가 승부처
[시사저널e=송준영 기자] 국내 배터리 셀 업체들이 돌파구 마련을 위해 차세대 전지 확보에 속도를 내는 가운데, 리튬메탈 전지를 둘러싼 기술 경쟁이 한층 치열해지고 있어 주목된다. 주요 업체들이 관련 연구 성과를 잇따라 공개하며 기술 우위를 강조하는 모습이다. 다만 최종 승부는 실제 양산 체계 구축 여부로 갈릴 것으로 보이는 만큼, 시장을 선점할 기업이 어디가 될지에 업계의 관심이 집중된다.
◇ 위기 돌파구로 리튬메탈 전지 '주목'
위기를 맞은 국내 배터리 산업이 글로벌 경쟁에서 우위를 점하기 위해서는 차세대 배터리 기술 확보가 필수라는 평가가 나온다. 원가 경쟁력에서 중국에 밀린 만큼 기존 리튬이온 배터리의 점진적 개선만으로는 격차를 좁히기 어렵다는 목소리다. 결국 에너지 밀도를 획기적으로 끌어올릴 차세대 전지 기술에서 경쟁력을 확보해야 상황을 반전시킬 수 있다는 분석이다.
이 같은 차세대 기술 가운데 하나로 리튬메탈 전지가 주목받고 있다. 리튬메탈 전지는 리튬이온 배터리의 핵심 소재인 흑연 음극을 리튬 금속으로 대체한 구조다. 흑연보다 10배 이상 높은 이론 용량을 바탕으로 에너지 밀도를 크게 높일 수 있는 것이 강점이다. 특히 고에너지 양극재나 전고체 전해질과 결합할 경우 에너지 밀도와 안정성을 동시에 끌어올릴 수 있어 주목된다.
다만 그동안 상용화가 쉽지 않았던 이유는 충·방전 과정에서 발생하는 '덴드라이트' 문제 때문이다. 리튬이 불균일하게 석출되며 형성되는 덴드라이트는 내부 단락과 수명 저하를 유발해 충·방전 횟수를 크게 제한해 왔다. 이에 국내 배터리 3사(LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온)도 덴드라이트 억제 기술 확보에 집중하고 있으며, 최근 발표를 통해 서로 다른 해법을 내놓고 있는 모습이다.
◇ 리튬메탈 기술 연이어 발표···삼성·LG·SK 각기 다른 승부수
우선 삼성SDI는 미국 컬럼비아대와의 산학 협력을 통해 리튬메탈 배터리의 수명과 안전성을 동시에 개선할 수 있는 새로운 전해질 조성을 개발했다고 논문을 통해 밝혔다. '겔 고분자 전해질'을 적용해 음극 표면에 안정적인 계면을 형성하고, 덴드라이트 성장을 억제함으로써 기존의 짧은 수명 문제를 보완했다는 설명이다.
LG에너지솔루션은 지난해 KAIST와의 공동 연구를 통해 리튬메탈 음극의 계면 불균일성을 줄이는 신규 액체 전해액을 개발했다고 발표한 바 있다. 당시 발표에 따르면 해당 기술로 4일 1회 충전에 800km 이상 주행이 가능하고 누적 주행거리 30만km 이상의 수명을 확보했다. 특히 난제로 꼽혔던 충전 시간을 12분까지 단축할 수 있다는 점을 강조했다.
SK온 역시 지난해 전고체 배터리 수명 향상 기술을 발표하며 리튬메탈 음극 안정화 전략을 소개했다. 리튬메탈 표면에 보호층을 형성해 덴드라이트 성장을 억제하고 수명을 개선하는 방식이다. 전고체 구조와 결합해 리튬메탈의 물리적 안정성을 높이려는 접근으로, 향후 완전 전고체 플랫폼 구현을 염두에 둔 전략으로 해석된다.
◇ 시장 장악할 기업은···양산·경제성 확보가 핵심 평가
국내 배터리 셀 회사들의 리튬메탈 개발 방향이 세부적으로 갈리면서 향후 주도권을 어느 회사가 잡을지 관심이 쏠린다. 기술 경쟁의 성패는 연구 성과 자체보다 이를 실제 제품으로 구현하고 양산하는 역량에 달려 있다는 점에서, 수율 안정성 검증과 비용 구조 개선 등이 핵심 관문으로 꼽힌다.
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