전고체 배터리 경쟁 격화…국내 3사 '양산 속도전'

[이코노믹데일리] LG에너지솔루션의 모회사인 LG화학이 전고체 배터리(ASSB) 시장 진출을 선언하면서 배터리 3사(LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온)의 경쟁구도가 본격화됐다. 글로벌 기업들도 전고체 기반 사업 전략을 내세우며 상용화 경쟁이 가속화되고 있다.

26일 LG화학은 전고체 배터리의 핵심 소재인 고체 전해질의 입자 크기를 균일하게 제어하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 전해질 입자의 생산공정에 스프레이 재결정화 기술을 적용해 입자 크기가 균일하지 않을 경우 전지 내 빈틈이 생겨 성능이 떨어지는 문제를 개선했다. 

전고체 배터리는 기존 리튬이온배터리에서 사용하던 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 차세대 배터리로 안전성이 높고 에너지 밀도가 높은 게 특징이다. 전기차 업계에서는 전고체 배터리가 주행거리 증가, 충전 속도 개선, 안전성 강화 등에서 현세대 배터리의 한계를 극복할 '꿈의 배터리'라고 평한다.

업계 일각에서는 LG화학의 자회사인 LG에너지솔루션도 전고체배터리 상용화에 박차를 가할 것이라는 전망이 나온다. LG에너지솔루션은 마곡 연구개발(R&D) 캠퍼스에서 10암페어(Ah)급 이상 용량의 전고체 배터리 셀 시제품을 완성했고 충북 오창 에너지플랜트에 파일럿 라인(시험 생산 라인)을 구축하고 있는 상태다. LG엔솔은 이르면 내년 초 가동에 들어갈 것으로 전망한다. 

LG 계열사 외에 삼성SDI와 SK온도 상용화 속도를 높이고 있다. 삼성 SDI는 2027년 전고체 배터리 양산을 검토하면서 구체적인 상용화 계획을 세웠다. 삼성 SDI는 국내에서 가장 먼저 전고체 파일럿 라인을 구축했고 최근에는 전고체 배터리 생산 거점 후보지로 '울산 사업장'을 검토 중이다. 

삼성SDI는 2023년 전고체 배터리 사업화 추진팀을 만들었고 수원에 파일럿 라인을 구축해 시제품을 생산하고 있다. 지난달 삼성 SDI는 'BMW'와 미국 소재 배터리 기업인 'Solid Power'와 손을 잡고 전고체배터리 검증 프로젝트를 위한 3자 협력에 돌입했다. 

SK온은 지난 9월 대전 유성구 미래기술원에 전고체 배터리 '파일럿 플랜트'를 완공해 상용화 목표 시점을 2030년에서 2029년으로 1년 앞당겼다. SK온은 4628㎡(약 1400평) 규모의 플랜트에서 황화물계(고체 전해질로 가장 유망한 소재로 이온 전도도가 높고 대량 양산에 유리) 전고체 배터리를 개발할 계획이다. 

SK온이 개발 중인 전고체 배터리는 에너지 밀도 리터당 800와트시(Wh) 목표로 한다. 이를 위해 SK온은 '온간등압프레스(WIP) 프리 기술'을 국내 최초로 적용한다. WIP 기술은 상온보다 높은 온도(25~100℃)에서 전극에 균일한 압력을 가해 밀도와 성능을 높이는 압착 공법으로 배터리 셀 밀봉 과정을 더욱 쉽게 만든다. 

글로벌 상위 기업들도 빠르게 전고체 사용화 목표를 제시하고 개발에 착수하고 있다. 글로벌 시장조사기관 그랜드 뷰 리서치 통계에 따르면 전고체 배터리 시장 규모는 2024년 11억8000만 달러에서 2030년 150억7000만 달러로 5년 동안 12배 이상 급성장할 것으로 예측된다.

중국의 경우 광저우자동차그룹(GAC)은 전고체 배터리 양산에 돌입했다. 전기차 매체 일렉트릭에 따르면 GAC 전고체 배터리 생산라인은 60Ah 이상의 용량을 가진 자동차용 전고체 배터리를 생산할 수 있는 중국 최초의 라인으로 2027년 양산을 목표로 두고 있다. 중국 비야디(BYD)도 2027년 황화물계 전고체 배터리 시험 생산에 돌입해 2030년에는 전기차에 대량 탑재할 계획이다. 

일본 자동차 제조사인 도요타는 2027~2028년 내로 첫 상용 전고체 배터리 전기차 출시를 목표로 하고 있다. 토요타는 최근 스미토모금속광업과 정극재 대량생산 협력 계약을 체결했다. 

다만 대규모 양산까지는 비용 관리와 공정 안정성 등 여러 난제가 남아 있는 상태다. 이호근 대덕대 미래자동차학과 교수는 "국내 전고체 배터리는 중국과의 경쟁에서는 가격경쟁력에서 밀리고, 일본과는 상용화 속도에서 2년 정도 뒤처지고 있다"며 "국내에서 독자적 배터리 기술 개발이 상용화 속도에 도움은 되나 관건은 가격 경쟁력"이라고 말했다. 

이어 이 교수는 "전고체 배터리에 사용되는 원자재 확보와 규모의 경제를 실천하기 위한 거래처 확보가 무엇보다 중요하다"고 제언했다.