한 번 충전에 900km '꿈의 배터리' 개발 더 빨라진다

높은 에너지밀도·안전성 우수
전고체 배터리 먼저 출시위해
세계 배터리·車기업 경쟁 치열
상용화 로드맵 앞당기기 사활

LG에너지솔루션 오창공장 전경. <LG에너지솔루션 제공>

충청남도 서산시에 위치한 SK온 배터리 공장 전경. <SK온 제공>

용인시 기흥구 삼성SDI 기흥 사업장. <삼성SDI 제공>

높은 에너지밀도에 안전성이 뛰어난 '꿈의 배터리' 전고체 배터리를 먼저 선보이기 위한 전세계 배터리 및 자동차 기업들의 경쟁이 치열하다. 우리나라 배터리 업체들도 전고체 배터리 기술개발에 역량을 결집하며 상용화 로드맵을 앞당기기 위해 사활을 걸고 있다.

9일 배터리 업계에 따르면 국내 배터리 업체 중 전고체 배터리를 가장 먼저 상용화할 것으로 예상되는 기업은 LG에너지솔루션이다. LG에너지솔루션은 지난 4일 진행한 애널리스트 간담회를 통해 오는 2026년 고체 전해질 소재로 고분자계 물질을 사용한 전고체 배터리를 상용화하겠다는 계획을 발표했다.

LG에너지솔루션은 현재 보유한 리튬이온배터리 제조 공정을 활용해 고분자계 전고체 배터리를 생산할 수 있다고 강조하고 있다. 다른 기업보다 한발 빠르게 상용화에 나설 수 있는 이유다. 다만 고분자계 전고체 배터리의 에너지 밀도는 높지 않은 편이다. 통상적으로 생각하는 '꿈의 배터리'에는 미치지 못하는 수준으로 예상된다.

이에 LG에너지솔루션은 고체 전해질로 활용할 수 있는 물질 중 이온 전도도가 가장 높은 황 계열 물질을 사용한 황화물계 전고체 배터리 개발도 함께 진행한다. 황화물계 전고체 배터리 상용화에는 2030년쯤 성공할 것으로 회사 측은 전망하고 있다.

황화물계 전고체 배터리 상용화를 가장 빠른 속도로 이룰 것으로 예상되는 국내 기업은 삼성SDI다. 삼성SDI는 오는 2027년 황화물계 전고체 배터리 상용화를 목표로 개발을 진행 중이다. 이에 앞서 2023년에는 소형 배터리 셀에 대한 검증을 실시하고, 2025년에는 중대형 배터리 셀 검증을 진행한다.

특히 삼성SDI가 개발 중인 전고체 배터리의 에너지 밀도는 1ℓ당 900Wh 수준으로 알려졌다. 현재 전기차에 사용되는 리튬이온배터리의 에너지 밀도인 1ℓ당 700Wh 대비 약 30% 늘어난 양이다. 이 배터리를 탑재한 전기차가 한 번 충전에 900㎞ 주행이 가능하도록 구현 가능하다. 배터리 셀마다 낼 수 있는 에너지가 늘어나는 셈이다보니, 주행거리 확대가 아니더라도 전기차 업체로서는 비용 절감 및 경량화를 이룰 수도 있다.

SK이노베이션은 삼성SDI보다 높은 에너지밀도를 가진 전고체 배터리를 미국 솔리드파워와 함께 개발한다. 솔리드파워는 포드·BMW 등 자동차 업체들의 투자를 받은 배터리 업체로, 전고체 배터리 개발에서 경쟁력을 갖춘 기업으로 평가된다. SK이노베이션은 솔리드파워와의 협업을 위해 3000만 달러(약 353억원)을 투자했다.

전해질은 황화물계 물질로 1ℓ당 930Wh의 에너지 밀도를 갖추는 것이 목표다. 두 회사가 우선적으로 개발할 전고체 배터리의 형태는 리튬이온배터리의 NCM(니켈·코발트·망간) 양극재와 실리콘 음극재를 적용한 제품이다.

SK이노베이션은 정확한 개발 일정에 대해서는 언급하지 않았지만, 리튬이온배터리 제조 설비에서도 생산할 수 있도록 배터리를 개발해 양산 시기를 앞당기겠다고 밝혔다.

국내 기업뿐만 아니라 전세계 기업들의 전고체 배터리 개발 경쟁이 치열하다. 현재 전고체 배터리 개발경쟁에서 가장 앞서고 있는 것은 일본으로 알려졌다.

특히 일본 자동차업체 도요타는 전세계에서 가장 많은 전고체 배터리 관련 특허를 가졌다. 도요타는 지난해 공식 유튜브 채널에 전고체 배터리를 탑재한 전기차 시제품을 공개하기도 했다.

중국 배터리 업체들의 경우 고체 전해질 대신 액체와 고체의 중간 상태인 겔(gel) 타입의 전해질을 사용하는 전고체 배터리의 중간 단계 제품인 '반고체 배터리'를 속속 선보이고 있다.

배터리 업계 관계자는 "전고체 배터리가 상용화되면 자동차 업체들이 (전고체 배터리를)쓰지 않을 이유가 없다. 고급 전기차를 중심으로 전고체 배터리 탑재 차량이 늘어날 것"이라면서도 "2030년은 돼야 돼야 전고체 배터리 시장이 본격적으로 열릴 것으로 보고 있다"고 말했다.

김위수기자 withsuu@dt.co.kr