현대차 전고체배터리 밑그림 나왔다…'0.3~10nm' 리튬 석출 공간 설계

中서 무음극 전고체배터리 특허 2건 공개…리튬 석출 구조 구체화
탄소 구조체 사이 0.3~10nm 공간 설계…차세대 배터리 핵심 기술 내재화 속도

[더구루=나신혜 기자] 현대자동차가 차세대 전기차 배터리로 주목받는 무음극 전고체배터리의 핵심 기술 확보에 나섰다. 배터리 음극에 리튬금속을 미리 넣는 대신 충전 과정에서 리튬이 쌓이는 미세 공간(석출 공간)을 탄소 구조체 내부에 정밀하게 설계하는 기술이다. 특히 리튬 석출 공간의 폭을 0.3~10나노미터(nm)로 구체화하면서 현대차가 구상하고 있는 무음극 전고체배터리의 밑그림이 드러났다는 평가다.

6일 중국 국가지식산권국(CNIPA)에 따르면 현대차·기아는 지난 8월 중국에서 총 55건의 발명특허를 공개했다. 이는 지난해 같은 달 77건과 비교해 28.6% 감소한 수치다. 현대차·기아가 출원한 '무음극 전고체배터리용 전극 및 이를 포함하는 무음극 전고체배터리'(특허번호 CN122532128A)는 지난달 7일 공개됐다.

특허의 핵심은 리튬이 안정적으로 석출될 공간을 전극 내부에 미리 만드는 데 있다. 집전체 위 중간층에 여러 개의 탄소 구조체를 배치하고 구조체 사이 간격을 리튬 석출 공간으로 활용한다. 현대차는 리튬 석출 공간의 폭을 0.3~10nm로 설정했다. 탄소 구조체의 대표 입자 크기(D50)도 5~12마이크로미터(μm)로 구체화했다. 리튬이 무질서하게 성장하는 것을 막고 정해진 공간에 고르게 쌓이도록 유도하기 위한 구조로 풀이된다.

같은 날 공개된 또 다른 특허(특허번호 CN122532334A)에서도 비슷한 개발 방향이 확인된다. 집전체 위 중간층에 구형 탄소 소재와 층상 탄소 소재를 함께 배치해 리튬이 석출될 공간을 형성하는 기술이다. 해당 특허 역시 현대차·기아가 함께 출원했다.

무음극 전고체배터리는 제조 단계에서 별도의 음극 활물질을 두지 않고 충전 과정에서 양극에서 이동한 리튬을 집전체에 석출시켜 음극을 형성하는 방식이다. 음극재가 차지하는 무게와 부피를 줄일 수 있어 에너지 밀도를 높이는 데 유리하다. 다만 리튬이 불균일하게 쌓일 경우 바늘 형태의 '덴드라이트'나 비활성 리튬이 발생해 배터리 수명과 안정성이 떨어질 수 있어 균일한 석출 제어가 핵심 과제로 꼽힌다. 이번 특허는 탄소 구조체와 미세 공간을 활용해 리튬의 석출 위치를 제어함으로써 이 같은 문제를 해결하려는 기술로 해석된다.

현대차는 최근 배터리 핵심 기술 내재화에도 속도를 내고 있다. 지난달 열린 '2026 CEO 인베스터 데이'에서 자체 개발 배터리 셀을 공개했으며, 내년 출시 예정인 주행거리 연장형 전기차(EREV)에 자체 개발 고성능 셀을 적용할 계획이다.

연구개발 인프라도 확대하고 있다. 현대차그룹은 경기 안성에 1조2000억원을 투자해 '미래 모빌리티 배터리 캠퍼스'를 조성하고 있다. 배터리 셀 설계부터 공정기술, 통합제어까지 핵심 기술을 내재화하고 양산 환경에 가까운 조건에서 배터리 생산공정을 검증하기 위한 시설이다. 업계에서는 현대차가 리튬이온 배터리를 넘어 전고체 등 차세대 배터리의 설계·공정 기술까지 직접 확보하며 배터리 내재화 범위를 확대하고 있는 것으로 보고 있다.