[배터리 전쟁②]'안전하고 효율성 높게'…차세대 기술 어디까지 왔나

[서울=뉴시스] 박주연 기자 = 세계 완성차업계와 배터리업계가 배터리 연구개발 전쟁을 벌이고 있다. 급성장하고 있는 '전기차' 시장을 선점하기 위해서는 전기차의 성능을 좌우하는 '배터리 기술' 확보가 무엇보다 중요하기 때문이다.

1일 업계에 따르면 현재 세계 전기차 시장의 메인 스트림은 리튬이온 배터리다. 한국과 중국이 세계 리튬이온 배터리 시장에서 '2강 체제'를 형성하고 있다.

지난해 배터리 시장에서 리튬이온 배터리가 83.3%, 납축 배터리가 12.5%를 각각 차지했다. 리튬이온 배터리는 지난해 235억2262만 달러에서 연평균 성장률 18.79%로 증가해 2025년에는 556억2946만 달러 규모에 이를 전망이다.

하지만 리튬이온 배터리는 전해질에 휘발성이 높은 액체가 사용되기 때문에 열이나 충격에 취약하고, 화재가 발생할 경우 초기 전화도 어렵다. 이 때문에 업계는 '꿈의 배터리'라고 불리는 전고체 배터리를 먼저 양산하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.

현재 전기차에 탑재되는 리튬이온 배터리는 전해질이 액체인 만면 전고체 배터리는 전해질이 고체로 돼 있어 부피가 작아 더 많은 배터리를 넣을 수 있다. 열과 충격에도 강하고 화재 위험도 낮다. 외부 충격을 막기 위한 안전장치와 분리막이 따로 필요하지 않아 전지의 고용량화·소형화·형태 다변화 등도 쉽다.

시장은 세계 전고체배터리 기술개발 경쟁에서 일본이 가장 앞서고 있다고 평가하고 있다. 일본은 리튬이온 배터리 시장경쟁에서 우리나라에 다소 뒤쳐지고 있지만 차세대 배터리로 꼽히는 전고체 배터리 경쟁에서 승리하기 위해 사활을 걸고 있다.

일본 완성차업체 도요타는 전고체 배터리 관련 특허를 1000개 이상 보유하고 있다. 세계 최다 규모다. 도요타는 배터리 제조사 파나소닉과 손잡고 연구개발에 속도를 내 세계 최초로 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 판매하겠다는 의지다.

포드·BMW·삼성전자·현대자동차 등이 투자한 미국 솔리드에너지시스템(SES) 역시 2026년 전고체 배터리 상용화에 나선다는 포부다.

LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK이노베이션 등 배터리 3사도 2027년 전고체 배터리를 상용화한다는 목표로 연구개발에 매진 중이다.

삼성SDI는 오는 2025년 전고체 배터리 시제품을 공개하고, 2027년 양산에 나선다는 목표다. 당초 2028~2030년을 목표로 전고체 배터리 개발을 추진했던 LG에너지솔루션은 최근 양산 목표를 2027년으로 당겼다. SK이노베이션 역시 2030년께 전고체배터리 양산을 시작한다는 계획이다.

한국기초과학지원연구원 역시 전고체 배터리 개발에 매진하고 있다. 한국기초과학지원연구원은 지난 20일 기자간담회를 갖고 한국화학연구원 등 국내 연구진과 공동 연구를 통해 개발한 전고체 이차전지를 공개했다. 공개된 영상에는 두께 1㎜ 안팎의 전고체 이차전지를 구기거나 접고 가위로 자르는 상황에서도 전지가 기능을 유지하는 모습이 담겼다.

최종순 기초과학지원연구원 부원장은 "세계 최고 수준의 고성능 자유 변형전고체 기술은 상용화 연구에 돌입했다"며 "기존 배터리 기술에 비하면 획기적인 진전"이라고 설명했다.

한편, 세계 배터리업계는 배터리의 안전성과 효율성을 높이기 위해 전고체 배터리 외의 다른 분야에서도 연구개발에 매진 중이다.

연구개발특구진흥재단이 6월 공개한 전기차 배터리시장 동향보고서에 따르면 LG엔솔은 자동차 모델마다 다른 모양의 배터리를 사용할 수 있도록 맞춤형 셀 모듈을 공급하고 있다.

삼성SDI는 자동차에 최적화된 소형 고성능 배터리 팩을 개발하고 있다. 배터리 관리 시스템이 포함된 가볍고 내구성 있는 배터리 팩은 셀의 성능, 안전 및 수명을 보장한다. 아울러 고전압 배터리 시스템용 팩 플랫폼을 개발, BMW·피아트 등과 다양한 프로젝트를 진행 중이다.

SK이노베이션은 고가재료인 코발트를 사용하지 않는 배터리 개발을 추진 중이다. 또 이 같은 프로젝트의 일환으로 니켈 98% 전기차 배터리를 개발할 예정이다.

또 중국 CATL은 CTP(Cell-to-Pack) 기술을 통해 배터리 팩의 부피 활용률을 15~20% 증가시키고 배터리 팩의 부품 수를 40% 줄였다.


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