‘꿈의 배터리’ 전고체 현실로 성큼···양극재 3사 소재 경쟁도 본격화

셀 업체 전고체 상용화 일정 구체화···소재사 대응도 속도
공동 개발부터 양산 준비까지···향후 공급망 진입 여부 관건

[시사저널e=송준영 기자] 국내 양극재 업체들이 전고체 배터리 시장 선점을 위한 경쟁에 속도를 내고 있다. 배터리 업체들의 전고체 상용화 일정이 보다 구체화하면서 소재사들도 연구개발을 넘어 고객사와의 공동 개발과 양산 준비에 나서는 모습이다. 전기차 캐즘(일시적 수요 부진)으로 업황 부진이 이어지는 가운데 전고체 소재가 양극재 업체들의 새로운 성장동력이 될 수 있을지 주목된다.

7일 배터리업계에 따르면 에코프로비엠은 최근 삼성SDI와 전고체 배터리용 소재 개발을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다. 양사는 전고체 배터리 개발 초기 단계부터 품질 평가와 양산 체계 구축까지 협력을 강화하기로 했다. 협력 대상도 전고체용 양극재뿐 아니라 양극용 전해질과 분리막용 전해질 등 핵심 소재 전반으로 확대한다.

전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리에서 액체 상태로 사용하는 전해질을 고체로 대체한 차세대 배터리다. 액체 전해질을 사용하는 기존 배터리보다 화재 위험을 낮추면서 에너지 밀도를 높일 수 있다는 게 장점이다. 리튬메탈 등 고용량 음극재를 적용할 수 있는 가능성도 커 전기차의 안전성과 주행거리를 동시에 개선할 기술로 꼽힌다.

이 같은 장점을 바탕으로 배터리 업체들의 전고체 상용화 움직임도 빨라지고 있다. 삼성SDI는 황화물계 고체전해질과 무음극 기술을 적용한 '솔리드스택'의 2027년 하반기 양산을 목표로 고객사 평가를 진행하고 있다. LG에너지솔루션은 흑연 음극재를 적용한 전기차용 전고체 배터리를, SK온은 황화물계 전고체 배터리를 각각 2029년 상용화한다는 목표로 개발 중이다.

셀 업체들의 상용화 준비가 속도를 내면서 소재업계의 대응도 빨라지고 있다. 전고체 배터리는 고체전해질과 양·음극재 사이의 계면 저항을 낮추는 것이 성능을 좌우하는 만큼 셀 업체가 요구하는 특성에 맞춘 소재 개발이 중요하다. 상용화 이전부터 고객사와 소재를 공동 개발하고 검증하는 과정이 향후 공급망 진입을 좌우할 수 있는 이유다.

에코프로비엠은 이번 협력을 계기로 전고체 소재 사업화에 속도를 낼 계획이다. 구체적으로 삼성SDI가 전고체 배터리 셀 개발과 양산 기술 고도화를 맡고 에코프로비엠은 양극재와 고체전해질 등 이에 필요한 소재를 개발한다. 에코프로비엠은 기존 하이니켈 양극재 기술을 바탕으로 전고체 배터리에 적합한 양극재를 개발하고 있으며 황화물계 고체전해질 분야에서는 독자 공정 기술을 확보한 상태다.

황화물계 고체전해질의 경우 양산 준비 단계까지 진입했다. 에코프로비엠은 현재 연산 40톤 규모의 파일럿 플랜트를 운영하고 있으며 양산 라인 설계도 마쳤다. 고객사와 시양산을 검토한 뒤 수요가 구체화하면 생산설비 구축에 나설 계획이다. 회사는 이르면 2027년 고체전해질 양산이 가능할 것으로 보고 있다.

포스코퓨처엠도 전고체 소재 시장의 고객사 선점에 나서고 있다. 지난해 11월 미국 전고체 배터리 업체 팩토리얼과 업무협약을 맺은 데 이어 올해 1월에는 직접 투자까지 단행했다. 여기에 일본 완성차 업체의 전고체 배터리용 양극재 단독 개발 파트너로 선정돼 맞춤형 양극재를 개발하고 있다. 상용화 이전부터 고객사와 공동 개발을 진행하며 향후 전고체 배터리 공급망 진입을 준비하는 모습이다.

이 밖에 엘앤에프도 전고체용 양극재 개발을 이어가고 있다. 전고체전지용 6mAh/㎠ 이상급 고성능 양극 전극 제조기술을 개발 중이며 지난 3월 인터배터리 2026에서도 전고체용 양극재를 차세대 소재로 선보였다. 당시 일부 업체와 전고체 소재 양산을 위한 협의를 진행하고 있다고 밝히는 등 사업화 준비에도 나서고 있다. 아직 생산라인 투자는 확정하지 않은 가운데 2030년 상업화를 목표로 개발 중인 것으로 알려졌다. 

주요 자료 취합. / 표=정승아 디자이너.

전기차 캐즘으로 기존 배터리 소재 시장의 성장세가 둔화한 상황에서 전고체 배터리는 양극재 업체들에 새로운 시장을 열어줄 것으로 기대된다. 다만 배터리 소재는 품질 검증과 승인에 시간이 필요한 만큼 상용화 이전부터 셀 업체와 공동 개발을 통해 공급망에 진입하는 것이 중요하다는 평가다. 고객사 요구에 맞춘 소재를 개발·검증하면 향후 양산 과정에서 실제 공급계약으로 이어질 가능성도 커지는 까닭이다.

아울러 전고체 배터리가 본격적인 시장을 형성하기까지 넘어야 할 산도 적지 않다. 기존 리튬이온 배터리보다 높은 원가와 대량생산 공정의 안정성 확보 등이 과제로 꼽힌다. 배터리 업체들의 실제 상용화 시점도 변수다. 결국 셀 업체들의 전고체 배터리 양산이 계획대로 이뤄지고 실제 수요가 뒷받침돼 소재업체들의 대규모 생산능력(CAPA) 투자로 이어질지가 관건이 될 전망이다.

한 배터리 업계 관계자는 "전고체 배터리 경쟁의 승부처는 소재와 기술을 개발하는 데 그치지 않고 고객사를 선제적으로 확보해 이를 안정적인 양산으로 연결하느냐에 달려 있다"며 "전고체 배터리 시장이 본격적으로 열리면 셀 업체뿐 아니라 양극재 등 소재업체에도 새로운 기회인 동시에 기술과 양산 경쟁력을 다시 한번 시험받는 계기가 될 것"이라고 말했다.

삼성SDI의 전고체 배터리 모형 / 사진=삼성SDI.