CATL "전고체배터리 단기간 내 상용화 가능성 낮아…핵심 난제 미해결"

니쥔 CMO "업계 마케팅, 콘셉트 수준…대규모 양산 최소 5년 걸려"

[더구루=홍성일 기자] 글로벌 1위 배터리 기업인 중국 닝더스다이(CATL)의 핵심 경영진이 전 세계 배터리·완성차 업계의 전고체배터리 상용화 로드맵에 대해 '개념(콘셉트) 수준에 불과하다'며 단기 상용화 가능성에 대해 회의론을 제기했다. 그러면서 전고체배터리 핵심 기술 난제가 풀리지 않은 만큼, 본격적인 대규모 양산까지는 최소 5년의 시간이 더 필요할 것이라고 전망했다.

21일 중국 경제 전문 매체인 '란징뉴스(蓝鲸新闻)'에 따르면 니쥔(Ni Jun) CATL 최고제조책임자(CMO)는 최근 회사가 개최한 '품질전구개발월(品质全球开放月)' 행사에서 "전고체배터리가 단기간 내 상용화될 가능성은 매우 낮다"며 "현재 업계 전반의 로드맵도 콘셉트 수준에 머물러 있어, 대규모 상용화가 실현되기까지는 최소 5년 이상이 더 걸릴 것"이라고 밝혔다. 이어 "전고체배터리 상용화를 가로막는 본질적인 핵심 난제가 존재하지만, 아직 확실하고 완성도 높은 해법이 나오지 않은 상태"라고 덧붙였다.

니 CMO의 발언은 앞서 쩡위친(Robin Zeng) CATL 회장이 밝힌 신중론과 궤를 같이한다. 쩡 회장은 최근 언론 인터뷰에서 "현재 전고체 배터리의 기술 성숙도는 9단계 중 4단계 수준에 불과하며, 황화물계 셀 가격은 기존 리튬이온 배터리보다 3~5배 비싸다"며 "2030년 이전에 전고체배터리 탑재 차량이 100만 대 규모에 이를 가능성은 극히 희박하다"고 지적한 바 있다.

니 CMO는 전고체 배터리 상용화의 최대 기술적 병목으로 '전극-고체 전해질 계면 파괴' 현상을 지목했다. 전고체 배터리는 전극과 전해질이 모두 분말 형태로 맞닿아 있어 입자 사이에 미세한 틈이 생기기 쉽고, 이로 인해 계면 안정성이 떨어지며 리튬 이온이 원활하게 이동하지 못하는 구조적 한계를 안고 있다. 여기에 충·방전이 반복될 때마다 양극재의 부피 변화로 인해 전해질과 맞닿은 계면이 분리되는 '박리 현상'까지 일어난다.

이에 따라 그동안 업계는 입자 간 틈을 없애고 배터리를 정상 작동시키기 위해 외부에서 고압을 가해 밀착시키거나, 고체 입자 사이에 탄성을 지닌 고무·플라스틱 계통의 접착제(바인더)를 섞는 방식을 주로 연구해 왔다. 전고체배터리를 자동차용으로 사용하려면 '구동 압력'이 최소 5메가파스칼(MPa)까지 낮아져야 하며, 별도의 가압 기구 없이 완성차에 탑재하려면 1MPa 이하로 낮춰야 한다.

문제는 두 방식 모두 뚜렷한 한계를 안고 있다는 점이다. 외부 압력을 가하는 방식은 배터리 팩에 별도의 가압 장치를 부착해야 해 구조가 복잡해지고, 결국 무게당 에너지 밀도가 떨어지는 문제가 발생한다. 바인더를 섞는 방식은 낮은 압력에서도 계면 분리를 완화할 수 있지만, 절연체인 고무·플라스틱 소재가 리튬 이온의 이동 경로를 가로막아 배터리 출력을 크게 떨어뜨리는 역효과를 낳는다. 최근 구동 압력을 낮추기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으나 여전히 실험실 수준에 머물러 있는 상황이다.

끝으로 니 CMO은 완성차 제조사들이 배터리 내재화를 선언하거나 전고체 배터리 자체 개발에 뛰어드는 흐름에 대해서도 일침을 놓았다. 니 CMO는 "배터리 제조는 극도로 높은 전문 기술 장벽이 존재하는 영역"이라며 "완성차를 만들 줄 안다고 해서 배터리까지 잘 만들 수 있는 것은 아니다"라고 선을 그었다. 그러면서 "결국 전문성을 갖춘 전문 기업이 역량을 집중해야 산업 전반의 안정적인 성장이 가능하다"고 말했다.

한편 CATL은 1000명 이상의 연구개발(R&D) 인력을 투입해 전고체 배터리 기술을 개발하고 있다. CATL은 내년 소규모 파일럿 생산을 거쳐, 2030년 이후에야 본격적인 대량 양산 체제에 돌입할 수 있을 것으로 전망하고 있다. CATL의 경쟁사인 비야디(BYD)도 내년에는 전고체 배터리를 탑재한 첫 실증 차량을 제작할 계획이며, 2030년에는 대규모 상용화에 나설 예정이다.