꿈의 전지 전고체 배터리 : 2027년 본격 생산

스마트폰, 전동 공구, 그리고 전기차에 사용되는 대부분의 배터리는 리튬이온배터리로 이루어져 있습니다. 이 배터리는 양극(+), 음극(-), 분리막, 그리고 전해질이라는 네 가지 핵심 구성 요소를 가지고 있습니다. 전고체 배터리는 전기를 발생하는 액체 상태의 '전해질'을 고체로 바꾼 형태의 배터리입니다. 리튬이온배터리는 액체 상태의 전해질을 포함하고 있으며, 이는 액체 상태의 전해질은 온도 변화에 따라 배터리가 팽창하거나 외부 충격에 손상되어 누출하여 화재나 폭발의 위험이 있을 수 있습니다.

 

전고체 전지, 전해질 '액체 → 고체'...안전성↑

 

분리막 등 다른 부품 줄여...무게↓ · 용량↑

 

 

 

 

 

 

고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리는 분리막을 필요로 하지 않습니다. 분리막은 리튬이온배터리에서 양극과 음극 사이의 직접 접촉을 방지하는 역할을 합니다. 이는 양극재와 음극재 간의 쇼트(합선)를 막아줍니다.

 

분리막이 손상되면 양극재와 음극재가 접촉하여 열이 발생할 수 있어 화재나 폭발 위험이 증가합니다. 반면에 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리는 구조적으로 단단하여 훼손되어도 형태를 유지하여 안전성이 높습니다.

 

또한, 전고체 배터리는 에너지 밀도가 높아 안전성이 높아지면서 배터리 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있습니다. 이는 배터리 용량을 늘리고 배터리 모듈과 팩을 더 많이 구성하여 전기차의 운행 거리를 증가시킬 수 있습니다.

 

전고체 배터리는 다양한 장점을 가지고 있어 전지 산업에서 경쟁력을 확보하고 전기차 시장에서 우위를 차지할 수 있는 기회를 제공합니다. 이에 배터리 및 소재 기업들뿐만 아니라 완성차 업체들도 전고체 배터리의 개발에 힘쓰고 있습니다. 그러나 아직까지 리튬이온배터리를 완전히 대체할만한 수준에 이르지는 못했습니다. 현재로서는 전고체 배터리의 수명이 짧고 가격이 높아 상용화되기에는 아직 이르지 않았습니다.

 

 

 

 

 

국내에서 전고체 배터리 상용화에 가장 가까운 기업으로 평가받는 곳은 삼성SDI입니다. 삼성SDI는 황화물계 전고체 배터리를 개발하고 있으며, 이를 통해 전고체 배터리의 양산 준비를 진행 중입니다. 올해 3월에는 LG에너지솔루션과 SK온과 함께 '파일럿 라인(S라인)'이라는 전고체 배터리 시험생산 라인을 착공하여 양산에 나섰습니다. 2023년까지는 소형 배터리, 2025년까지는 중·대형 배터리(전기차 포함)의 전고체 기술 검증을 마치고, 2027년부터 본격적인 양산을 시작할 계획입니다.

 

LG에너지솔루션은 2026년에 고분자계 전고체 배터리를 시작으로 2030년에는 황화물계 전고체 배터리를 시장에 내놓을 계획을 가지고 있습니다. 고분자계 전고체 배터리는 하이브리드 형태의 고체 전해질을 개발하여 이온전도도를 개선하는 작업을 진행할 예정입니다.

 

황화물계 전고체 배터리의 경우, 수분과의 반응으로 유독한 황화수소 가스가 생성되는 문제를 해결하기 위해 내수분성을 높이는 기술 개발이 진행 중입니다. 또한, 이러한 배터리를 제조하기 위해서는 습식 공정이 아닌 높은 가압의 건식 제조 공정이 필요하여 해당 기술도 함께 연구 중에 있습니다.

 

SK온은 2030년을 양산 목표로 삼고 있으며, 현재는 미국의 솔리드파워와 협력하여 전고체 배터리를 개발 중입니다. 이를 통해 연말까지는 BMW와 포드 등 완성차 업체에 전고체 배터리 시제품을 공급할 계획입니다.

 

또한, SK이노베이션은 고무 형태의 고분자 전해질을 개발하여 네이처(Nature)에 논문으로 소개된 이승우 교수와 협력하여 전고체 배터리를 개발하고 있습니다. 이 교수가 개발한 고체 전해질은 기존보다 이온전도도를 100배 높인 것으로 알려져 있습니다.

 

<출처>

 

[Tech 스토리] '꿈의 전지' 전고체 배터리...2027년 본격 생산