판도 바꿀 '게임 체인저'… 전고체 배터리, 어느 기업이 앞서나

[머니S리포트 - 미래 먹거리 '전고체 배터리' 개발 점검] ①오는 2028년 전후 상용화 전망

[편집자주]배터리 업체들이 전고체 배터리 개발을 추진한다. 화재 위험이 적은 전고체 배터리는 업계 전반을 뒤흔들 '게임 체인저'로 불린다. 기술 한계를 극복하고 가격경쟁력 확보가 무엇보다 필요하다. 국내 주요 배터리 3사를 비롯해 중견·중소기업까지 관련 기술 개발에 나선 상황 속에 개발 현황과 성공 가능성을 살펴봤다.

▶기사 게재 순서
①판도 바꿀 '게임 체인저'… 전고체 배터리, 어느 기업이 앞서나
②전고체 배터리 상용화 앞당긴다지만… 해결할 문제 '산더미'
③"대기업 못지않다"… 주목해야 할 전고체 배터리 알짜 기업

LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 국내 주요 배터리 업체들이 전고체 배터리 개발에 본격 나섰다. 전고체 배터리는 전기차 최대 단점으로 꼽히는 화재 위험을 줄이고 에너지 밀도를 높일 수 있다. 각 사들은 2028년 전후를 목표로 전고체 배터리를 상용화할 계획이다.

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'안전성 및 에너지 밀도' 개선

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전고체 배터리는 기존 리튬이온배터리에서 액체로 존재하는 전해질을 고체로 대체한 제품이다. 구성 물질에 따라 황화물계·고분자계 전고체 배터리 등으로 구분된다. 황화물계는 전도율(물질에서 전기가 얼마나 잘 흐르는지 나타내는 정도)과 안전성이 가장 뛰어나지만 개발 난이도가 높다. 고분자계는 기술 개발이 상대적으로 쉬우나 배터리 성능과 안전성은 황화물계보다 떨어진다.

두 종류의 전고체 배터리는 모두 리튬이온배터리보다 화재 위험이 낮다. 리튬이온배터리에 사용되는 액체 전해질은 가연성 물질이기 때문에 고열로 인한 폭발 가능성이 크다. 외부 충격으로 불안정한 상태가 되거나 전해질이 배터리 외부로 유출돼도 화재가 발생할 수 있다. 전고체 배터리는 전해질이 고체인 만큼 구조적으로 안정됐고 충격에 의한 누액 위험이 없다. 인화성 물질을 포함하지 않아 발화 가능성도 작다.

높은 에너지 밀도도 전고체 배터리의 장점이다. 안전성 확보 덕분에 화재 방지 부품을 사용하지 않고 그 공간에 배터리 용량을 늘리는 소재를 채울 수 있다. 음극과 양극의 접촉을 차단해 화재 위험을 낮추는 분리막이 리튬이온배터리에는 필수로 사용되지만 전고체 배터리에는 적용되지 않는다. 전고체 배터리는 음극과 양극이 맞닿지 않도록 고체 전해질이 직접 막고 있어 별도의 분리막이 필요하지 않다.

완성차 업체들은 안전성과 에너지 밀도를 높이기 위해 전고체 배터리를 도입할 전망이다. 전기차는 화재가 발생하면 소화가 쉽지 않아 인명·재산 피해로 이어질 수 있다. 전기차 구입을 망설이는 이유로 화재가 꼽히는 것도 같은 맥락이다. 완성차업체들은 전고체 배터리를 통해 화재 발생 가능성을 낮추고 소비자들의 불안감을 줄이는 데 집중할 것으로 관측된다. 에너지 밀도 개선은 주행 거리 향상으로 직결된다. 배터리 충전 주기를 늘려 전기차 소비자들의 불편을 줄일 수 있다.

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개발 현황, 삼성SDI·LG엔솔·SK온 순서로 우위

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전고체 배터리 개발에 가장 앞선 국내 기업은 삼성SDI다. 삼성SDI는 오는 2027년 황화물계 전고체 배터리를 상용화할 방침이다. 목표 달성을 위해 지난달 전고체배터리(ASB) 사업화추진팀을 신설하는 등 상용화 속도를 높이고 있다. 지난해에는 전고체 배터리 시험생산(파일럿) 라인을 완공한 뒤 시제품을 제작했다. 최윤호 삼성SDI 사장은 올해 초 "미래 시장 게임 체인저인 전고체 배터리의 사업화를 본격 추진해 차세대 제품 및 기술 리더십을 확보해야 한다"고 밝혔다.

LG에너지솔루션은 2026년 고분자계, 2030년 황화물계 전고체 배터리를 양산할 계획이다. 고분자계 제품을 통해 삼성SDI보다 전고체 배터리 시장에 먼저 진입할 전망이지만 고품질인 황화물계 개발 속도는 삼성SDI에 미치지 못한 것으로 전해진다. 김동명 LG에너지솔루션 사장은 지난해 말 "장기적인 관점에서 전고체 등 미래기술 개발을 지속 추진하자"고 했다.

SK온은 국내 주요 배터리 3사 중 개발 속도가 가장 느리다. 고분자계·황화물계 전고체 배터리를 모두 개발하고 있는 SK온은 2026년 초기 단계의 시제품을 생산하고 2028년 상용화할 예정이다. 대전 배터리연구원에 건설하고 있는 차세대배터리 파일럿 플랜트를 올해 완공해 힘을 보탤 계획이다. 이석희 SK온 사장은 올해 초 "글로벌 시장을 선도하는 제품 개발에 앞장서는 등 치열하게 기술 역량을 높여야 한다"고 했다.

업계 관계자는 "전고체 배터리는 열과 압력 등 외부 조건이 극한 상황에 이르러도 정상 작동이 가능하다"며 "별도의 냉각장치나 배터리 관리 시스템 기능을 줄여도 문제가 없다"고 말했다. "이는 곧 전기차에 탑재되는 배터리의 에너지 밀도 향상으로 이어지고 차량 경량화와 주행 거리 향상에도 기여한다"라고 부연했다.

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