K배터리, 적자 뚫고 3조 R&D…나트륨·리튬메탈 선점 경쟁 [biz-플러스]

中 CATL 등 기술력 추격에 맞서
투자 규모 3980억 ↑…첫 3조 돌파
전고체·나트륨·리튬메탈 등에 주력
LG엔솔 억제형 신규 액체 전해액
SK온, 화학적 부작용 보호막 개발

인터배터리 2026에 마련된 SK온 부스에서 관람객들이 다양한 배터리 기술을 살펴보고 있다. 조태형 기자

국내 배터리 3사가 지난해 적자를 기록하면서도 연구개발(R&D) 투자를 확대해 3조 원 넘게 신기술 개발에 자금을 쏟아부은 것으로 나타났다. 중국 배터리 업체의 물량 공세로 생산 능력과 가격 경쟁력은 밀리지만 기술력만은 기존 격차를 유지하며 전고체 배터리를 필두로 나트륨·리튬메탈 등 차세대 배터리 기술 선점에 총력전을 펴는 것으로 분석된다.

3일 배터리 업계에 따르면 지난해 LG에너지솔루션(373220)·삼성SDI(006400)·SK온이 지출한 R&D 투자비는 3조 606억 원으로 집계됐다. 1년 전보다 3980억 원 증가한 규모로 사상 처음 3조 원이 넘어섰다.

LG에너지솔루션은 지난해 R&D에 1조 3275억 원을 투입해 1년 전보다 22% 늘었고, 삼성SDI도 9% 증가한 1조 4209억 원을 R&D에 투자했다. SK온 역시 3121억 원으로 2024년보다 12% 이상 늘렸다.

불황에 빠진 기업들은 통상 비용 절감을 위해 R&D 투자를 줄이지만 배터리 3사가 오히려 투자를 확대한 것은 중국의 공세에 대응하기 위해서다. 중국은 배터리 생산량에서 한국 배터리 업계를 크게 앞서가고 있지만 기술적인 측면에서는 아직 LG·삼성·SK가 다소 앞서 있다는 평가가 지배적이다.

다만 세계 1위 배터리 업체인 중국의 CATL이 지난해 총 21억 위안(약 4조 8000억 원)을 R&D에 투자하는 등 기술적인 측면에서도 거세게 추격하고 있어 국내 기업들에서는 R&D 역량마저 떨어질 경우 배터리 산업 주도권을 완전히 중국에 빼앗길 수 있다는 위기감이 팽배하다.

국내 배터리 3사의 R&D 화력은 기존 리튬이온 배터리를 넘어 차세대 제품군에 집중되고 있다. 특히 꿈의 배터리로 불리는 전고체 배터리와 함께 최근에는 나트륨(소듐) 이온 배터리와 리튬메탈 배터리 기술 선점에 속도를 내고 있다.

나트륨 배터리는 기존 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 약 30% 낮지만 영하의 기온에서도 성능 저하가 적은 저온 성능과 우수한 출력 특성을 지니고 있다. 특히 값비싼 리튬 대신 흔한 나트륨을 원료로 쓰기 때문에 가격 경쟁력이 높다. LG에너지솔루션은 최근 관련 연구 인력을 보강하고 2028년 시장 확대에 맞춘 상용화 검증에 착수했다. 삼성SDI도 나트륨 배터리를 차세대 제품으로 삼고 연구 역량을 집중하고 있다.

리튬메탈 배터리는 에너지 밀도를 리튬이온 배터리보다 10배 이상 높인 차세대 배터리다. 흑연이나 실리콘 대신 리튬메탈을 음극재의 소재로 활용해 1회 충전으로 800㎞ 주행이 가능할 정도로 배터리 에너지 밀도를 강화했다.

LG에너지솔루션은 리튬메탈 배터리 개발의 난제인 덴드라이트 현상의 근본적 원인을 규명하고 세계 최초로 이를 해결할 수 있는 응집 억제형 신규 액체 전해액을 개발했다. 덴드라이트는 배터리 충전 과정에서 음극 표면에 리튬 결정이 형성돼 뾰족한 나뭇가지 모양의 결정체가 자라나는 형상으로 배터리 수명과 안전성을 저해하는 주범이다.

SK온 역시 전해액과 리튬메탈이 직접 접촉하는 것을 차단해 화학적 부반응을 억제하는 보호막 기술을 개발하고 있다. 2027년 파일럿 라인을 준공하고 2028년에는 에너지 밀도 1165Wh/ℓ급 상용화 시제품 출시를 목표로 하고 있다. 이를 통해 2031년에는 리튬메탈 배터리를 상용화하겠다는 전략이다.

배터리 업계의 한 관계자는 “중국 업체들과 경쟁에서 생존할 수 있는 유일한 해법은 초격차를 확보한 차세대 배터리 원천 기술을 빠르게 확보하는 것”이라며 “미국에서 기회를 찾은 에너지저장장치(ESS)용 배터리에 이어 배터리 신기술을 먼저 확보하면 산업 주도권을 다시 가져올 수 있다”고 강조했다.

심기문 기자 door@sedaily.com