전고체 배터리는 리튬이온 배터리를 뛰어넘을 '꿈의 배터리'로 불린다. 액체 형태 전해질을 고체로 바꾼 차세대 배터리다. 전해질은 리튬이온의 이동을 도와주는 매개체다. 리튬 이동을 원활히 하지만 소재 자체가 불안정하다. 때문에 분리막이 손상되거나 충방전을 거듭하면 덴드라이트가 생긴다. 덴드라이트는 뾰족한 나뭇가지 형태의 결정체다. 결정체는 분리막을 훼손하고 배터리 안전성을 떨어뜨린다.
전고체 배터리는 고체 전해질이 비인화성 물질로 주목받고 있다. 전기차 배터리는 신규 폼팩터 개발을 통해 안전성을 극대화하고 있다. 리튬이온 배터리는 파우치, 각형, 원통형 배터리로 구분된다. 폼팩터의 구조변화, 안전장치를 부착해 배터리 한계를 극복하는데 집중하고 있지만 아직 안전성 면에서 전고체 배터리가 가장 앞서 있다.
그러나 전고체 배터리는 리튬 이동이 원활치 않아 기존 배터리와 비슷한 수준의 양산 성능을 확보하지 못한 것으로 알려졌다. 고체 전해질을 사용하면서 충방전 성능을 올리는데 어려움이 따른다. 전고체 배터리 상용화 시점은 2025년으로 보고 있다. 전기차 배터리는 2025년 이후로 예상된다. 전기차 배터리 시장 선점을 배터리 기업과 완성차 업체 중심으로 기술 개발에 매진하고 있다.
전고체 배터리 개발에 가장 적극적 업체는 일본 도요타다. 도요타는 일본 배터리 업체와 손잡고 전기차로 전고체 배터리 시제품 성능을 테스트하고 있는 것으로 알려졌다. 볼보, BMW, 폭스바겐 등 글로벌 자동차 업체들도 전고체 배터리 개발을 강화하고 있다. 이미 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온이 리튬이온 배터리로 전기차 배터리 시장을 선점하고 있어서다.
해외 배터리 스타트업의 전고체 배터리 시장 진출 바람도 거세다. 미국 솔리드파워, 솔리드에너지시스템, 퀀텀스케이프는 전고체 배터리 기술을 이전받아 전고체 배터리 양산 개발을 강화하고 있다. 국내에서는 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온이 1000억원 규모 전고체 배터리 공동 개발을 위한 펀드를 만들었다.
삼성SDI는 국내 기업 가운데 가장 먼저 전고체 배터리 시험 생산 라인를 구축하기도 했다. 최익규 삼성SDI 부사장은 지난 4월 전자신문사 주관으로 열린 '배터리데이 2022'에서 “삼성SDI는 전고체 배터리로 기술을 통해 안전성을 강화하면서, 배터리 에너지 밀도를 끌어올릴 것”이라고 밝혔다.
김지웅기자 jw0316@etnews.com
