'꿈의 배터리' 상용화 시계 빨라진다…전고체 배터리 경쟁 격화

/그래픽=김지영

'꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리 상용화를 둘러싼 글로벌 기업들의 경쟁이 치열하게 전개되고 있다.

25일 관련 업계에 따르면 LG화학은 최근 전고체 배터리의 핵심 소재인 고체 전해질의 입자 크기를 균일하게 제어하는 기술을 개발했다. 전고체 배터리는 기존 리튬 배터리에서 사용하는 액체 전해질 대신 고체 상태의 전해질을 사용해 안전하고 에너지 효율이 높지만, 입자 크기가 균일하지 않으면 전지 내 빈틈이 생겨 성능이 저하된다는 문제가 있었다.

LG화학은 이런 문제를 해결하기 위해 전해질 입자 생산 공정에 '스프레이 재결정화' 기술을 적용했다. 전해질 용액을 미세한 방울 형태로 분사한 뒤 용매가 증발하면서 균일한 구형 입자를 생산하는 방식이다. 신학철 LG화학 부회장은 "이번 연구는 전고체 배터리 상용화의 핵심 과제를 해결한 의미 있는 성과"라며 "차세대 배터리 기술 경쟁력을 강화해 글로벌 시장을 선도하겠다"고 말했다.

LG화학 뿐만 아니라 K배터리 업계 전체도 속도를 내는 중이다. LG에너지솔루션은 마곡 연구개발(R&D) 캠퍼스에서 전고체 배터리 셀의 시제품을 완성하고, 충북 오창 에너지플랜트에 파일럿 라인을 구축하고 있다. 이르면 내년 초 가동에 들어갈 것으로 예상된다.

국내에서 가장 먼저 전고체 파일럿 라인을 구축한 삼성SDI 역시 상용화 계획을 구체화하고 있다. 최근엔 전고체 배터리 생산 거점 후보지로 '울산 사업장'을 검토 중이다. 삼성SDI는 2023년 ASB(All Solid Battery) 사업화 추진팀을 신설하고, 수원에 파일럿 라인을 구축해 시제품을 생산하고 있다.

삼성SDI는 특히 독일 BMW, 미국 솔리드파워와 손잡고 전고체 배터리 실증 프로젝트를 진행 중이다. 국내 배터리사 중 글로벌 완성차 회사와 전고체 배터리 성능 검증에 나선 첫 사례다.

SK온은 최근 전고체 배터리 상용화 목표 시점을 2030년에서 2029년으로 1년 앞당겼다. 지난 9월 대전 유성구 미래기술연구원에 전고체 배터리 파일럿 라인도 완공했다. 배터리 업계 관계자는 "국내외 일부 기업들이 제시한 전고체 배터리 상용화 시점인 2027년이 1년여 앞으로 다가오면서 기술 개발 속도도 더욱 빨라지고 있다"며 "글로벌 완성차 업체들과의 성능 평가 등이 이뤄지고 있다"고 설명했다.

액체 전해질 vs 고체 전해질 기반 리튬이온 배터리 비교./사진제공=맹진규 한국자동차연구원 기술정책실 연구원

글로벌 기술 경쟁도 본격화하고 있다. 중국 광저우자동차(GAC)는 최근 첫 전고체 배터리 생산라인 가동을 시작했으며, 내년 소규모 차량에 시범 탑재한 뒤 이르면 2027년 양산에 들어갈 계획이다. 중국 BYD와 일본 토요타 역시 2027년 전고체 배터리 생산을 계획 중이다.

배터리 업계에서는 전고체 배터리가 전기차뿐 아니라 높은 에너지 밀도를 요구하는 로봇, 드론 등 신규 시장에서도 폭넓게 활용될 것으로 내다보고 있다. 시장조사 업체 SNE리서치에 따르면, 전고체 배터리의 글로벌 시장 규모는 2022년 2750만달러에서 2030년 400억달러로 급성장할 전망이다.

다른 배터리 업계 관계자는 "전고체 배터리의 상용화를 위해선 공정 안정화, 수율 개선 등 해결해야 할 과제가 있다"며 "글로벌 시장을 차지하기 위한 경쟁은 더욱 치열해질 것"이라고 했다.

김지현 기자 flow@mt.co.kr