[헬로티=이동재 기자]
▲정동욱 삼성SDI 그룹장이 25일 코엑스에서 열린 NGBS 2021 배터리 기술 세미나에서 발표하고 있다. (출처 : SNE리서치)
국내 배터리 기업들이 전고체 배터리에 대한 생각과 사업 전략을 공유했다.
SNE리서치가 25일 서울 코엑스에서 ‘차세대 배터리의 방향’이라는 주제로 NGBS(Next Generation Battery Seminar) 2021 배터리 기술 세미나를 개최했다.
이날 세미나에서 가장 뜨거운 화두는 차세대 전지인 전고체 배터리였다. 전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 리튬이온을 이동시키는 기존의 액체 전해질을 고체로 대체한 전지다. 폭발이나 화재의 가능성이 낮을 뿐 아니라 에너지 밀도도 높고 무게도 가벼워 ‘꿈의 배터리’라고 불린다.
LG에너지솔루션의 김제영 상무는 “20년 전에 리튬황과 리튬에어, 전고체 전지가 가장 유망한 전지로 꼽혔는데, 현 상황에서 리튬황 전지와 리튬에어 전지는 구현 가능성이 낮고 전고체 전지가 가장 유망한 차세대 배터리”라고 말했다.
LG에너지솔루션이 현재 주력하고 있는 배터리는 파우치형 배터리로 다른 배터리에 비해 에너지 밀도가 높아 주행거리가 길고 무게가 가볍다. 배터리 소재를 필름 소재의 주머니(파우치)가 감싼 형태여서 외관이 단단하지 않고 다양한 모양의 배터리를 만들기에 용이하다.
김제영 상무는 LG에너지솔루션이 파우치형 배터리를 선택한 이유로 “새로 개발되는 소재들을 유연하게 적용할 수 있어서”라고 밝혔다. LG에너지솔루션은 최근 충전 속도와 배터리 수명을 개선하기 위해 배터리 제조 과정에서 음극재 소재로 기존의 흑연 대신 실리콘을 사용하고 있는데, 부피 팽창이 큰 실리콘 소재를 쓸 때, 전극이 받는 스트레스를 줄이는 데 파우치형 배터리가 유리하다는 것이다.
김 상무는 “전고체 전지의 경우에도, 고체와 고체가 물리적으로 닿아야 하기 때문에 외부에서 가압이 들어가는데 이때 소재를 둘둘 마는 형식의 각형 배터리보다 소재를 쌓아올리는 스텍 형식의 파우치형 배터리가 안정적이다”라고 덧붙이면서 전고체 전지 개발에 대한 비전을 시사했다.
전고체 배터리와 관련한 국제 특허 건수가 가장 많은 회사는 일본의 토요타, 두번째가 삼성SDI다. 삼성SDI의 정동욱 그룹장은 세미나에서 구체적인 삼성SDI의 전고체 전지 개발 타임라인을 공개했다.
정동욱 그룹장은 전고체 배터리가 리튬이온 배터리의 한계인 안전성과 에너지 밀도를 모두 해결할 수 있다면서 전고체 전지 개발의 필요성을 강조했다.
정 그룹장은 “기존의 리튬이온 배터리는 사고나 통제 불가능한 환경에 노출됐을 때 기본적으로 폭발 위험을 내재하고 있다”면서 “전고체 전지는 리튬이온 배터리가 가진 위험성을 근본적으로 해결할 뿐 아니라 컴팩트하게 만들 수 있어 차내 공간 창출 등의 효과도 기대할 수 있다”고 말했다.
삼성SDI는 황화물(Sulfide)계 고체 전해질을 개발하고 있다. 정 그룹장은 “폴리머(Polymer)계는 만들기 쉽지만 내구성이 떨어지고, 산화물(Oxide)계의 경우 크기를 크게 만들기 어렵다”며 “황화물계는 생산성이 좋아 전해질 소재로 선택하게 됐다”고 설명했다.
삼성SDI는 2008년부터 삼성전자종합기술원(SAIT), 일본연구소(SRJ)와 협업해 전고체 전지를 개발하고 있다. 삼성SDI는 기존 리튬 배터리 생산 기반을 활용해 공정 설비와 생산 프로세스를 맡고, SAIT와 SRJ는 전고체 설계, 활물질 등을 연구한다.
정 그룹장은 “삼성SDI는 2025년까지 프로토타입 셀과 라지셀 개발을 마치고 2027년부터 전고체 배터리 양산하겠다는 계획을 갖고 있다”며 “일정이 다소 빡빡하지만 언제나 그랬듯이 불가능하지 않을 것”이라고 자신감을 내보였다.
그는 또 “전고체 전지는 쉽지 않은 과제지만 궁극적으로 가야 할 방향”이라며 “개발 내용이 리튬이온 배터리와 어느 정도 연결성이 있는 만큼, 전고체 전지가 상용화되기 전까진 리튬이온 배터리를 최대치로 구현할 것”이라면서 리튬이온 배터리 개선에 대한 내용도 빼놓지 않고 언급했다.
