삼성SDI의 경기도 수원시 연구소 전경. 삼성SDI는 이곳에 전고체 배터리 파일럿 라인(S라인)을 착공하고 있다고 밝혔다. 사진 제공=삼성SDI‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리를 두고 한국과 일본의 경쟁이 치열해지고 있다. 양국이 개발에 속도를 내며 시설을 잇따라 확충하면서 ‘전진기지’로 떠오르는 모습이다. 이에 따라 전고체 배터리 양산 시점이 앞당겨질 수 있다는 기대감도 흘러나온다.
21일 업계에 따르면 삼성SDI는 최근 수원시에 위치한 연구소 안에 전고체 배터리 파일럿 라인(S라인)을 착공했다. 이 라인은 약 6500㎡(약 2000평) 규모로 구축되며 전고체 배터리 전용 극판 등 신규 공법과 인프라가 도입된다. 삼성SDI는 그동안 고체 전해질 설계와 합성에 성공해 전고체 배터리 시제품을 만드는 등 기술 개발에 속도를 내왔다.
전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 고체로 대체해 안전성과 성능 면에서 기존 배터리보다 진일보했다는 평가를 받는다. 불이 붙지 않아 화재·폭발을 방지할 수 있고 음극 소재는 흑연·실리콘 대신 리튬 금속을 적용해 에너지밀도도 높일 수 있다.
LG에너지솔루션은 고분자계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 동시에 개발하고 있다. 오는 2026년 고분자계 전고체 배터리, 2030년 황화물계 전고체 배터리를 선보이겠다는 목표다. 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술도 개발했다.
해외 스타트업과의 연구 협업도 눈에 띈다. SK와 LG·현대자동차 등이 투자한 미국 배터리 업체 SES는 최근 서울에 한국 지사를 설립했고 시험 생산 시설도 구축하는 방안을 추진하고 있다. SES는 전고체 배터리의 일종인 리튬메탈 배터리 개발에 주력하고 있다. 이 밖에 SK온은 미국 솔리드파워 등과 전고체 배터리 연구개발을 협업한다.
전고체 배터리에 들어갈 소재 밸류체인도 한국에서 속속 구축되고 있다. 대표적인 기업이 포스코그룹으로 핵심 소재인 고체 전해질 공장 착공에 나섰다. 경남 양산시에 들어서는 이 공장은 올 하반기부터 연산 24톤 규모의 고체 전해질을 생산할 예정이다. LG화학도 LG에너지솔루션에 발맞춰 전고체 배터리용 소재를 개발 중이다.
이 같은 한국의 공세에 전고체 배터리 분야에서 한 발 앞섰던 일본도 맞불을 놓고 있다. 기존에는 도요타자동차가 2025년 상용화를 목표로 전고체 배터리 개발을 주도했는데 다른 일본 완성차 업체들도 뒤따르는 움직임이 감지된다. 닛산은 2024년 요코하마 공장 내 전고체 배터리 시제품 생산 설비를 마련하고 2028년 내에 전고체 배터리가 탑재된 전기차를 출시할 계획이다. 기존의 리튬이온 배터리에 비해 에너지밀도를 두 배 높인다는 구상이다. 혼다 또한 2020년대 후반에 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 선보일 방침이다. 또한 미국 전고체 배터리 스타트업 퀀텀스케이프는 일본 교토에 연구소를 세워 현지 완성차 업체와 협업할 계획으로 알려졌다.
전고체 배터리는 2030년대부터 전기차에 본격적으로 탑재될 것으로 전망된다. 시장조사기관 SNE리서치에 따르면 전고체 배터리 탑재량은 2025년 16기가와트시(GWh), 2030년 135GWh로 증가할 것으로 예상된다. 2030년 배터리 전체 시장 수요(3254GWh)의 4% 수준이다.
