커지는 전기차 화재 공포… '전고체 배터리' 게임체인저 될까

리튬이온배터리 대비 발열·인화성 낮고 안전성 높아

지난 4월23일 서울 강남구 코엑스에서 열린 '제37회 세계전기차동차 학술대회 및 전시회(EVS37)'에서 삼성SDI가 전고체 배터리 모델을 선보이고 있다. / 사진=뉴시스 김금보 기자

잇단 전기차 화재 사고로 리튬이온배터리에 대한 안전성 우려가 커지는 가운데 차세대 전고체 배터리가 새로운 대안이 될 수 있을 것이란 관측이 나온다. 전고체 배터리는 안전성과 성능이 획기적으로 개선된 것으로 전기차 대중화를 앞당길 게임 체인저이자 '꿈의 배터리'로 불린다.

18일 업계에 따르면 전고체배터리는 기존 리튬이온배터리의 양극과 음극 사이에 액체전해질과 분리막을 고체전해질층으로 바꾼 것이다.

액체나 젤 형태의 전해질을 사용하는 현재의 리튬이온 배터리는 충전 소요시간이 길고 주행거리가 내연기관차에 미치지 못한다는 단점이 있다. 충격이나 압력으로 인한 발화 가능성이 높아 안전성도 떨어진다는 지적을 받는다. 최근 인천 청라국제신도시 내 한 아파트단지에서 발생한 전기차 화재 사고 이후 이 같은 리튬이온배터리의 치명적인 단점이 부각되고 있다.

반면 전고체배터리는 액체 전해질을 세라믹, 고분자 등의 고체로 대체해 발열과 인화성을 대폭 줄이고 안전성을 대폭 높일 수 있다. 충전 역시 5분 만에 80%가량 가능한 것으로 알려졌으며 주행거리도 리튬이온배터리의 2배 이상인 800km에 달한다.

국내에서는 배터리 3사를 필두로 전고체 배터리 개발이 이뤄지고 있다. 가장 속도가 빠른 것은 삼성SDI로 알려졌다. 삼성SDI는 전고체 배터리를 오는 2027년 상용화하는 것을 목표로한다. 지난해 3월 경기도 수원시 영통구에 위치한 연구소 내에 6500㎡ 규모의 전고체 전지 파일럿 라인(S라인)을 구축했고 지난해 말엔 중대형전지사업부 내 ASB(전고체배터리) 사업화 추진팀을 신설했다.

손미카엘 삼성SDI 부사장은 최근 2분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 "현재 전고체 샘플 단계에서 개발 로드맵상 계획했던 성능 수준을 확보한 상황"이라며 "고객들도 전반적으로 전고체 샘플에 대해 긍정적인 피드백을 주고 있다"고 설명했다.

이어 "전고체 전지 양산 공정에서 가장 중요한 사항 중 하나인 생산 공법과 라인 투자 계획도 마무리하는 단계"라며 "하반기에는 생산 공법 확정과 일부 초기 시설 투자를 진행하고 크기·용량을 확대한 다음 단계의 샘플을 생산·공급할 예정"이라고 덧붙였다.

LG에너지솔루션도 2030년 황화물계 전고체 배터리를 선보일 계획이다. 황화물계 전고체 배터리는 가격 경쟁력을 갖추면서도 안정성·성능까지 끌어올린 제품이다.

SK온은 2028년까지 고분자-산화물 복합계 전고체 배터리를 양산하고 황화물계 전고체 배터리를 2029년 양산하는 것을 목표로 한다.

배터리3사 외에 다른 기업들도 관련 사업 확대에 속도를 낸다. 포스코는 포스코JK솔리드솔루션을 통해 경남 양산에 연 24톤 규모 황화물계 고체전해질 공장을 구축했다. 2027년 240톤 규모 고체전해질 2단계 공장을 준공하고, 2029년 7200톤 규모 3단계 공장을 준공한다는 계획이다.

이수스페셜티케미컬은 3000억원을 투자해 구미에 전고체배터리 소재 생산공장을 신설하기로 했다. 이 회사는 이수그룹 계열사인 이수화학에서 인적 분할된 정밀화학 기업으로 고체 전해질 원료인 황화리튬을 생산한다.

삼양사도 2020년부터 현재까지 고체전해질 개발 및 제조 기업 '솔리드아이오닉스'에 59억원을 투자하며 전고체 배터리 소재사업에 발을 디뎠다. 솔리드아이오닉스는 전고체 배터리 개발 회사와 상업화를 위한 최종 테스트를 앞두고 있으며 2027년까지 울산에 연산 1200톤 규모의 황화물계 고체전해질 생산공장을 준공할 계획이다.

이외에 정밀화학 제조업체인 한농화성도 전고체 배터리 전해질을 개발 중이다.

이한듬 기자 mumford@mt.co.kr