'전고체 배터리' 2026년 첫 선 목표..배터리 3사, 기술 개발 '박차'

■미래기술25-전고체 배터리②
삼성SDI, 국내 최초 전고체배터리 파일럿 구축
LG엔솔, 고분자계 2026년 양산..황화물계 2030년 목표
SK온, 고분자-산화물계·황화물계 배터리 개발 중
日 토요타, 2027년 전고체 배터리 탑재 전기차 출시

[이데일리 하지나 기자] 국내 배터리 업체들도 전고체 배터리 기술 개발이 한창인데요. 삼성SDI는 국내 최초로 전고체 배터리 파일럿 라인 ‘S라인’을 구축했습니다. 지난해 3월 경기도 수원 연구소에 전고체 배터리 파일럿 라인을 착공, 올 상반기 공사를 마무리짓고 하반기부터 황화물계 시제품을 생산하고 있습니다.

6500㎡ 규모로 구축되는 S라인은 전고체 배터리 전용 극판부터 고체 전해질 공정설비, 배터리 내부 이온이 원활하게 전달되도록 하는 배터리 셀 조립 설비 등 신규 공법과 인프라가 적용됐으며, 이를 통해 에너지 밀도를 1리터당 800~900와트시(Wh)로 끌어올린다는 목표입니다. 삼성SDI는 전기자동차 실제 장착 테스트를 거쳐 2027년 상용화를 목표로 하고 있습니다.

LG에너지솔루션은 고분자계와 황화물계를 동시에 개발하고 있습니다. 상대적으로 기술 난이도가 낮은 고분자계 배터리를 2026년에 양산하고 2030년 이후 황화물계 전고체 배터리를 상용화한다는 계획입니다.

이를 위해서 전 세계의 유수 대학과 손잡고 차세대 배터리를 연구 중에 있습니다. 해외에서는 미국 샌디에이고 캘리포니아 대학(UCSD) 및 독일 MEET(Munster Electrochemical Energy Technology), 국가연구기관 헬름홀츠 연구소 뮌스터 지부(Helmholtz-Institute Munster)와 FRL(Frontier Research Lab)을 설립했습니다. 미국 ‘UCSD FRL’에서는 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발해 연구 성과를 인정받았습니다.

국내에서는 KAIST, POSTECH(포항공과대학교), 서울대학교 등과 차세대 배터리를 연구하고 있습니다. KAIST에서는 전고체 배터리 및 건식 전극 공정, 리튬금속 및 리튬황배터리 관련 기술을 각각 연구 중으로 올해 1월 기존 대비 에너지 밀도와 수명 안정성을 확보한 리튬황배터리를 개발하는 성과를 이뤘습니다.

SK온은 고분자-산화물계 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발하고 있습니다. 두 종류 모두 2026년 초기 단계의 시제품을 생산하고 2028년 상용화하는 것을 목표로 하고 있습니다. 현재 대전 배터리연구원에 건설 중인 차세대배터리 파일럿 플랜트는 내년 완공 예정입니다.

SK온이 3월 인터배터리전시회서 공개한 고분자 복합계 전고체 배터리(출처:SK온)

최근 SK온은 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 신(新) 고체전해질 공동개발에 성공하기도 했습니다. 리튬이온전도도를 기존대비 70% 개선해 세계 최고 수준으로 높이는 한편, 수분과 이산화탄소에 취약한 단점을 보완했습니다.

현재 전세계 기준으로 전고체 배터리 연구에서 가장 앞서 있는 기업은 일본 토요타 입니다. 토요타는 지난 2020년 일본 전자업체 파나소닉과 합작법인을 설립하고 전고체 배터리를 공동 개발 중입니다. 최근 토요타는 전고체 배터리를 탑재해 10분 충전으로 1200km를 달릴 수 있는 전기차를 2027년에 출시한다고 밝혔습니다.

지난 1990년대부터 전고체 배터리 개발에 뛰어든 토요타가 보유한 관련 특허는 1000개가 넘습니다. 세계에서 가장 많은 전고체 배터리 특허를 보유하고 있죠. 지난 2020년에는 세계 최초로 전고체 배터리를 탑재한 차량의 시험 운행을 공개하기도 했습니다.

하지나 (hjina@edaily.co.kr)