LG엔솔·삼성SDI·SK온 등 국내 배터리 제조사들의 전고체 배터리 개발 경쟁이 치열한 가운데, 한국전기연구원에서 전고체 배터리를 저렴하게 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다.

15일 <녹색경제신문>의 취재에 따르면 한국전기연구원(KERI) 이차전지연구단은 고가의 원재료나 첨가제 없이 고순도의 고체 전해질을 제조할 수 있는 기술을 개발했고, 수요업체에 기술을 이전한다는 계획이다.

기술 개발에 성공한 박준호 박사는 “연구원에서 수년간 축적해 온 고체전해질 제조 노하우를 기반으로, 유기 용매 내에서 시작물질의 최적 화학반응 조합을 통해 고순도의 고체전해질을 쉽고 간단하게 제조할 수 있는 방식을 찾았다”라고 밝히며, “전고체전지 상용화의 가장 큰 난관인 가격 경쟁력과 대량생산 이슈를 모두 해결할 수 있을 것으로 기대한다”라고 전했다.

글로벌 완성차 업체들은 전기차에 주로 리튬이온 배터리를 탑재해왔다. 리튬이온 배터리는 LFP 배터리에 비해 에너지 밀도가 높아서 주행성능은 좋지만, 구조적 불안정성 때문에 화재나 폭발의 위험이 있는 것으로 알려졌다. 해당 배터리의 전해질이 액체로 이루어져 있어 온도 변화나 외부 충격에 취약하다는 것이다.

반면에 전고체 배터리의 전해질은 고체로, 구조적으로 단단하고 안정적이어서 ‘꿈의 배터리’라고 부른다. 폭발이나 열폭주 위험이 없기 때문에 안전 강화를 위한 부품수를 줄여 에너지 밀도 또한 높일 수 있다고 전해진다. 하지만 비싼 가격과 대량 생산에 어려워 글로벌 배터리 제조사들이 양산에 어려움을 겪고 있다는 후문이다.

연구팀은 공정의 스케일업 및 양산화 관점에서 유리한 습식 합성법에 집중했고, 용매 내에서의 최적 합성 반응을 통해 고순도의 고체전해질을 제조하는 데 성공다고 밝혔다. 또한, 고가의 황화리튬을 사용하지 않아도 되기 때문에 가격 경쟁력도 뛰어나다는 평가다.

이번 개발 성공으로 비용은 기존 황화리튬을 사용했던 재료비 대비 무려 1/25배 수준으로 절감할 수 있고, 제조 공정 시간도 줄여 고체전해질의 대량생산화에도 크게 기여할 수 있을 것으로 보인다.

국내 배터리사들의 전고체 배터리 개발 및 양산이 어느정도 이루어지고 있는지에 대해서도 살펴봤다. 전고체 배터리 중 성능이 가장 좋다고 알려진 황화물계 배터리의 목표 양산 시점은 삼성SDI가 가장 빠르다. 2023년에 파일럿 생산라인을 가동하고 2027년부터는 양산을 시작하겠다는 계획이다.

삼성SDI측 관계자는 “고분자계 전고체 배터리에 비해 성능이 좋다고 알려진 황화물계 전고체 배터리를 양산하기 위해 준비 중”이라면서 “삼성전자 종합기술원의 연구성과도 적용해 전고체 배터리를 양산할 것”이라고 말했다.

앞서 삼성전자 종합기술원은 1회 충전으로 800km까지 주행 가능하고, 1,000회 이상 재충전도 가능한 전고체 배터리 연구결과를 공개한 바 있다.

LG엔솔은 황화물계 배터리 상용화 시점은 삼성SDI보다 뒤처진 2030년 이후로 예상하고 있지만, 고분자계 전고체 배터리 상용화 시점은 2026년으로 잡고 있다.

다만, 국내 한 배터리 업계 관계자는 “고분자계 전고체 배터리의 경우 상대적으로 쉽게 개발할 수 있고 저렴하지만, 안정성이 낮다는 단점이 있다”면서, “전고체 배터리 양산에 성공하는 업체가 배터리 시장의 주도권을 잡는 것은 당연한 사실이지만, 고분자계 전고체 배터리의 경우에는 게임 체인저가 될 만한 파급력은 없다”라고 말했다.

SK온 역시 전고체 배터리를 개발하고 있다고 밝혔다. SK온은 내년 하반기에 전고체 배터리 시제품을 개발하고 2028년부터는 상용화에 나설 전망이다.