-리튬이온 'NO' 전고체 'YES'…안전성 UP

-'차세대 배터리' 경쟁…리튬황·리튬메탈

K-배터리가 최근 각종 리스크를 해소함과 동시에 향후 '배터리 패권'을 잡기 위한 차세대 배터리 개발에 속도를 내고 있다.

26일 업계에 따르면 국내외 배터리 업체는 현재 리튬이온 배터리에서 전고체 배터리로의 전향을 위해 기술 개발을 하고 있다.

이른바 '제2의 반도체'라고 불리는 배터리 시장에서 선제적으로 위치를 점하기 위해서는 전고체 배터리 개발 및 상용화가 필수이기 때문이다. 업계에서는 전고체 배터리의 상용화를 누가 먼저 하는지 여부가 향후 경쟁력을 판가름할 것으로 보고 있다.

전고체 배터리는 리튬이온 배터리의 4대 구성 요소 중 하나인 전해질이 액체에서 고체로 바뀐 배터리를 말한다. 리튬이온 배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질로 이뤄진다.

또, 그중 분리막의 역할도 고체 전해질이 대체하게 된다. 이에 따라 전고체 배터리는 구조적으로 리튬이온 배터리보다 단단해 안전성이 높다. 전고체 배터리가 차세대 배터리로 주목받고 있는 이유 중 하나다.

배터리 업계가 전고체 개발에 집중하고 있는 배경에는 '에너지 밀도'가 자리한다. 고체 전해질 사용으로 에너지 밀도를 높여 전기차용 배터리의 용량을 늘릴 수 있기 때문이다.

전고체 배터리는 리튬이온 배터리 대비 안전성 관련 부품들을 줄이고, 그 자리에 배터리의 용량을 늘릴 수 있는 활물질을 채워 에너지 밀도가 높아진다. 그만큼 전기차의 주행거리도 증가하게 되는 것이다.

국내 배터리 업계도 전고체를 비롯한 차세대 배터리 개발에 주력하고 있다. 삼성SDI는 자체 개발 프로젝트 외에도 삼성전자 종합기술원, 일본 연구소와 협력해 전고체 배터리 기술을 공동으로 개발 중이다.

이미 2013년부터 모터쇼나 배터리 관련 전시회에서 중장기 전고체 배터리 기술을 선보였다. 또, 현재 요소 기술 개발 단계로 2027년 이후 상용화를 계획하고 있다.

LG에너지솔루션은 전고체 배터리와 함께 리튬황 배터리를 개발하고 있다. 리튬황 배터리는 양극재에 황탄소 복합체, 음극재에 리튬 메탈 등 경량 재료를 사용해 무게 당 에너지 밀도를 리튬이온 배터리 대비 1.5배 이상 높인 배터리다.

LG에너지솔루션은 2024년~2025년 이후 에너지 밀도가 현재 리튬이온 배터리의 2배 이상인 리튬황 배터리를 양산할 목표로 준비 중이다. 전고체 배터리는 2028년~2030년 정도를 상용화 시점으로 보고 있다.

SK이노베이션도 차세대 배터리로서 리튬메탈 배터리를 구현하기 위해 각종 인력을 채용하고 나섰다. 리튬메탈 배터리는 음극재 원료에 리튬 메탈을 사용해 에너지 밀도를 높인다.

SK이노베이션은 지난해 말까지 ▲전고체 소재 개발 ▲전고체 배터리 셀 개발 ▲리튬 메탈 음극 개발 등 분야에서 차세대 배터리 개발 인력을 수시 채용하기도 했다. 또, SK이노베이션은 2019년 노벨화학상 수상자인 존 굿이너프 교수와 고체 전해질 연구를 진행하고 있다.

배터리 업계 한 관계자는 "업계에서 예상하기로는 2030년 이후에나 시장에서 전고체 배터리가 상용화될 수 있을 것이라고 보고 있다"라고 말했다.