삼성SDI, 전고체 배터리 양산 ‘핵심공정’ 시동

'롤 프레스 장비'로 생산속도 ↑
中·日 상용화 박차 속 '몸풀기'
대량생산 위한 핵심 관문 진입

삼성SDI의 전고체 배터리. 삼성SDI 제공.

삼성SDI가 2027년 양산을 목표로 전고체 배터리 양산을 위한 핵심인 '압착 공정' 전환 작업에 본격 착수한 것으로 확인됐다. 중국과 일본이 상용화에 속도를 내고 있는 만큼 꿈의 배터리로 꼽히는 전고체 배터리의 주도권 확보를 위한 경쟁이 치열해질 전망이다.

27일 배터리업계에 따르면 삼성SDI는 경기 수원 영통구에 위치한 연구소 내 전고체 배터리 파일럿 라인(S라인)을 '온간정수압프레스(WIP) 장비에서 '롤 프레스' 장비로 전환했다. 양산형 압착공정 검증을 거쳐 다음 단계 샘플 생산을 위한 준비 단계에 돌입한 셈이다.

전고체 배터리는 전극과 전해질이 모두 고체 상태인 배터리로, 화재나 외부 충격에는 강하지만 대신 내부 저항이 높아 높은 에너지 출력을 확보하기가 쉽지 않다.

이를 개선하려면 양극·음극과 고체 전해질이 맞닿는 경계면(계면)을 빈틈없이 밀착해 이온전도도를 높이고 저항을 최소화하는 초고압 압착 공정이 필수다.

삼성SDI가 적용해 온 WIP는 사방에서 균일한 압력을 가하는 '등방압' 방식으로, 연구 단계에서는 높은 밀착도와 우수한 품질을 구현할 수 있다. 그러나 한 번에 한 셀씩만 처리할 수 있고, 세정·건조 등의 복잡한 과정이 필요해 양산 공정에 적용하기에는 한계가 있다.

반면 롤 프레스 방식은 기존 리튬이온 배터리 공정에 이미 적용돼 온 장비로, 두 개의 롤러 사이로 재료를 통과시켜 압착하는 방식이다. 연속 생산이 가능해 속도가 빠르고, 자동화에도 유리하다는 장점이 있다.

삼성SDI는 WIP 공정으로 구현한 전고체 셀의 성능을 롤 프레스 방식에서도 유사한 수준으로 재현하기 위한 연구에 집중하는 것으로 알려졌다. 연속 압착을 통해 빠르고 자동화된 대량생산을 실현하기 위한 양산화의 핵심기술 장벽을 넘고 있는 셈이다.

한 배터리업계 관계자는 "롤 프레스 기술이 완성돼야 전고체 배터리의 본격적인 양산이 가능하다"며 "연구실 단계에서 사용하는 등방압 프레스는 예술품처럼 완벽한 단품 셀을 만들 수는 있지만, 대량 생산에는 한계가 있어 공장형 롤 프레스 방식으로 전환한 것"이라고 말했다.

삼성SDI는 국내 배터리 3사 중 가장 빠른 로드맵이다. 이번 공정이 완료되면 본격적인 양산 검증 단계로 넘어가 2027년 상용화를 위한 마지막 관문에 들어서게 된다.

중국과 일본도 전고체 상용화에 속도를 내고 있다. 중국 배터리업체 신왕다는 최근 최대 1000㎞의 주행거리를 구현한 전고체 배터리를 공개했다. 2027년 대량 양산을 목표로 올해 말 0.2GWh 규모의 시범 생산 라인을 구축하고 내년부터 소량 생산을 시작한다는 목표다.

일본 닛산 자동차도 전고체 프로토타입 셀을 개발했다. 올해 1월부터 파일럿 생산 라인을 운영 중으로 2028년까지 자체 개발한 전고체 배터리를 단 전기차를 선보인다는 계획이다.

맹진규 자동차연구원 연구원은 "로드맵을 볼 때 수년 내 양산 가능성이 있으나 장기간 기존 기술과의 공존이 예상된다"며 "신기술 검증에 통상 2~3년이 걸리고 탑재 비용 대비 성능 이점 등을 고려할 때 2027~2028년 소형 전고체 배터리의 소량 생산부터 시작될 것"이라고 말했다.

박한나 기자 park27@dt.co.kr