K-배터리, 화재위험 줄인 전고체 배터리 개발 ‘속도전’…삼성SDI, 2027년 최초 상용화 하나

전고체 배터리 등 차세대 기술 확보 총력전
삼성SDI 전고체 배터리 개발 가장 적극적
SK온, 복합계·황화물계 등 두 종류 전고체 개발
LG엔솔, 리튬메탈·리튬황 등 차세대 배터리 주목

삼성SDI 전고체 배터리 ASB. <사진=삼성SDI>

LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 K-배터리 3사가 전구체 배터리 등 차세대 배터리 기술 개발에 총력을 기울이고 있다. ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리 개발은 물론, 중국 LFP 배터리에 대응하기 위한 중저가 배터리 개발에도 공을 들이고 있다.

13일 K-배터리 3사가 전구체 배터리 등 차세대 배터리 개발을 위한 기술적 난제를 극복해 가고 있는 것으로 나타났다. 특히 한때는 불가능할 것이라고 여겨졌던 전고체 배터리 연구개발에서 성과를 거두면서, 조만간 상용화 가능성도 점쳐지고 있다.

국내 배터리 업체들이 큰 공을 들이고 있는 전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체에서 고체로 대체한 배터리를 뜻한다. 특히 고체 전해질을 사용해 기존 리튬이온 배터리보다 배터리 화재 등 안전성을 획기적으로 높일 수 있어 주목을 받고 있다.

기존 액체 전해질은 유기용매를 사용해 온도 변화에 따라 배터리가 팽창하게 되거나 외부 충격에 의해 발화할 가능성이 있다. 이때 고체 전해질을 사용하게 되면 열폭주와 같은 폭발, 화재의 위험성을 줄일 수 있다. 또한 고체 전해질을 사용할 때, 안정성이 확보되는 만큼, 배터리 모듈·팩에서 별도의 냉각장치나 배터리 관리 시스템(BMS) 기능을 줄이고 에너지 밀도를 높일 수 있다.

K-배터리 3사 중에서 전고체 배터리에 가장 적극적인 곳은 삼성SDI다. 황화물계 전고체 배터리를 오는 2027년 상용화하기 위한 투자를 지속하고 있다. 삼성SDI는 지난 2023년 말부터 주요 고객사들을 대상으로 샘플을 공급해 왔다.

전고체 배터리의 난제 중 하나로 꼽히는 양산 공정을 위한 생산 공법과 라인 투자도 순차적으로 진행하고 있다. 삼성SDI는 지난 2023년 신설된 ASB사업화추진팀을 중심으로 수원에 위치한 SDI연구소 S라인에서 샘플을 생산하고 피드백을 바탕으로 구체적인 스펙 등을 논의하는 단계다.

황화물계 전고체 배터리. <사진=SK온>

SK온은 올해 대전 배터리연구원에 건설 중인 차세대 배터리 파일럿 플랜트를 완공할 예정이다. 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발중이다. 이에 따라, SK온은 오는 2027년 고분자-산화물 복합계 전고체 배터리의 상용화 시제품을, 오는 2029년에 황화물계 전고체 배터리 상용화 시제품을 생산한다는 목표다.

특히 SK온은 고분자-산화물 복합계 전고체 배터리의 제조 공정을 고도화하기 위해 한국세라믹기술원과 손잡고 광소결 기술을 배터리 제조에 적용했다. 또 서울대 연구팀과 함께 황화물계 전고체 배터리에 원가 절감 효과가 큰 망간리치(LMRO) 양극재를 적용해 가능성을 분석하고 특수 코팅제를 적용해 수명을 개선하는 방안을 발굴했다.

LG엔솔의 전고체 배터리 개발은 3사 중에서 가장 늦은 2030년을 목표로 제시했다. 대신 리튬메탈, 리튬황 등의 차세대 배터리 기술 개발에 힘을 싣고 있다.

리튬메탈 배터리는 미국 벤처기업인 사이온 파워에 지분 투자를 진행해 기술 협력을 추진하고 있다. LG엔솔은 앞서 KAIST 연구팀과 함께 리튬메탈 배터리의 성능을 늘릴 ‘붕산염-피란 기반 액체 전해액’을 개발하기도 했다.

LG엔솔이 개발 중인 또 다른 차세대 배터리는 리튬황 배터리다. 가벼운 무게와 향상된 에너지 밀도 등을 앞세워 미래의 드론, 무인기, 도심항공모빌리티(UAM) 등의 분야에 활용될 것으로 주목받고 있다. LG엔솔은 리튬황 배터리를 오는 2027년 상용화를 목표로 개발을 지속하고 있다.

[CEO스코어데일리 / 박대한 기자 / dayhan@ceoscore.co.kr]

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