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포스코홀딩스 "이차전지 사업 적자 당분간 지속…자금도 필요"

포스코홀딩스가 내년까지 이차전지 사업의 적자 흐름이 지속될 것으로 전망했다. 관련 사업들이 초기 단계에 있어 본격적으로 수익을 창출하려면 2027년에 도달해야 할 것으로 내다봤다. 포스코홀딩스는 24일 1분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 에너지 소재 사업 전망을 이같이 밝혔다. 양극재와 음극재 등 배터리 소재 생산 자회사인 포스코퓨처엠의 경우 단기적인 자금 지원도 필요하다는 판단 하에 다양한 방안을 검토하고 있다. 회사는 1분기 연결기준으로 매출 17조 4천370억원, 영업이익 5천680억원을 기록했다. 전년 동기 대비 각각 3.4%, 1.7% 증가한 수치다. 단 에너지 소재 사업은 매출 9천300억원, 영업손실 980억원을 기록해 전년 동기 대비 매출은 19.6% 감소하고 영업손익은 적자전환했다. 이같은 흐름에선 연 수천억원 수준의 적자가 발생할 전망이다. 포스코홀딩스 관계자는 “HY클린메탈과 포스코필바라리튬솔루션(PPLS) 1공장을 제외한 법인들은 공장 가동 초기 또는 건설 단계”라며 “램프업 및 고객사 인증 절차가 동시에 진행되고 있는데, 램프업 중인 회사들은 생산과 판매가 정상화되기까지 고정비 부담이 따를 수밖에 없다”고 설명했다. 이어 “고객사 인증 과정인 회사들은 미인증 제품을 할인해 판매할 수밖에 없기 때문에 올해도 흑자 전환은 어렵고 적자가 지속될 것”이라며 “내년 중반 이후부터는 일부 법인의 영업이익이 흑자로 돌아서고, 2027년엔 대부분 법인이 정상 가동되면서 흑자 전환하는 것으로 계획하고 있다”고 덧붙였다. 포스코홀딩스 측은 “이차전지 관련 아르헨티나 사업장 한 곳은 건설 중, 한 라인은 램프업 단계이고, 광양 사업장은 한 곳은 상업 생산, 한 곳은 램프업 중이라 4개 라인 중 1개만 상업 생산이 진행되고 있다”며 “사업 적자 폭은 대부분 고정비에 따라 결정되는 상황”이라고 말했다. 포스코퓨처엠의 유상증자 추진 여부에 대해서도 가능성을 완전히 부정하지 않았다. 포스코홀딩스 관계자는 “지난해 6천억원 규모 자금을 지원했지만 예상보다 투자비가 많이 들어갔고, 시황 악화로 판가가 하락하면서 단기적 자금 지원이 필요한 건 사실”이라고 밝혔다. 이어 “포스코퓨처엠의 추가 차입이 포스코홀딩스 신용 등급에 어떤 영향을 미칠지, 포스코퓨처엠의 재무구조나 자금 상황 등을 폭넓게 살펴 적정한 증자와 추가 차입 등 자금 조달 방안과 시기는 결정을 지금 해야 한다고 본다”며 “조만간 결정할 것”이라고 했다. 리튬 등 광물 가격이 예상과 달리 올해 들어서도 하락세가 지속되고 있는 점 또한 실적에 악영향을 줬다. 회사 관계자는 “불확실성이 크게 증가해 예측이 아주 힘들지만, 6개 시장조사기관 전망에 따르면 올해 이후로는 점진적으로 리튬 가격이 상승하고, 2029년에는 평균 2만 달러에 이를 것”이라며 “메탈가 지속 하락에 따른 원재료 관련 재고평가손실은 불가피하고, 업계 모두가 겪는 것”이라고 설명했다. 업계가 차세대 배터리로 주목하는 전고체 배터리 관련해 포스코홀딩스는 소재인 황화리튬을 개발하고 있다. 가시적 성과가 나타남에 따라 데모 플랜트 확대를 검토하고 있다. 포스코홀딩스 관계자는 “저희 리튬 공장에서 나오는 중간 생성물을 토대로 저가의 황화리튬을 개발하려 하고 있다”며 “최근 가시적 결과가 보여 더 큰 규모의 데모 플랜트 추진을 검토 중”이라고 밝혔다. 특히 고체전해질 기업 정관과의 합작법인 포스코JK솔리드솔루션에서 생산된 고체전해질이 유망성을 인정받아 국내외 OEM과 배터리사들의 테스트를 받고 있다고 했다. 회사는 저수익 사업 구조조정을 지속 추진하고 있다. 철강 부문에선 적자가 3년 가량 이어진 중국 장강 법인에 대한 검토도 진행 중이며, 연내 방향성을 결정한다는 계획이다.

2025.04.24 18:44김윤희

가볍고 성능 높인 차세대 배터리 온다…LG엔솔, 개발 박차

LG에너지솔루션이 에너지 용량과 출력, 무게, 원가 등에서 현 리튬이온 배터리 성능을 한 단계 뛰어넘는 차세대 배터리 개발에 집중하고 있다. 손권남 LG에너지솔루션 차세대전지 부문 담당은 10일 서울 양재 엘타워에서 개최된 'NGBS 세미나'에서 연구개발(R&D) 동향을 공유했다. 전고체 배터리, 리튬황 배터리, 소듐이온 배터리 등을 차세대 배터리로 언급했다. “전고체 핵심 '고체 전해질' 이온전도도 업계 최고 수준 확인” 배터리 업계는 에너지 밀도와 출력 및 안정성 등에서 리튬이온 배터리를 크게 뛰어넘는 전고체 배터리의 상용화 추진 상황에 주목하고 있다. 전고체 배터리는 우수한 성능 때문에 '꿈의 배터리'로 기대를 받았지만 기술적 난이도가 높아 수십 년간 상용화에 이르지 못했다. 그러나 최근 기업들이 수 년 내 상용화를 계획하는 등 전고체 배터리의 등장이 머지 않았다는 전망이 힘을 얻고 있다. LG에너지솔루션도 황화물계 전고체 배터리를 오는 2030년까지 상용화할 계획이다. 전고체 배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용한다. 손권남 담당은 이를 위해 여러 소재 혁신이 필요한 상황이라고 언급했다. 이런 혁신 기술 중 하나로, 양극과 고체 전해질 간 계면을 보호하는 코팅 물질을 새로 개발했다고 밝혔다. 손권남 담당은 “기존 레퍼런스 물질을 사용한 배터리보다 수명과 에너지 출력 등에서 더 우수한 성능을 보이는 것을 확인했다”고 첨언했다. 고체 전해질의 낮은 이온 전도도도 기술적 난제 중 하나다. 이온 전도도가 높아야 에너지 출력과 충전 성능을 높일 수 있다. LG에너지솔루션은 손 담당은 “자체 개발한 아지로다이트 계열 황화물계 고체 전해질의 이온 전도도가 세계 최고 수준인 것을 내부적으로 확인했다”고 밝혔다. 반면 아직 극복해야 할 기술 난제도 상당하다. 손 담당은 “현 리튬이온 배터리 대비 10배 높은 수준의 가압 공정이 필요하고, 황화물계 고체 전해질이 수분에 매우 취약하기 때문에 가공비를 낮추고 소재 안정성을 높이기 위해선 내수분성을 개선하는 소재 혁신이 필요한 상황”이라고 설명했다. LG에너지솔루션은 고전압을 구현하는 데 특화된 배터리 구조인 '바이폴라'를 반고체 및 전고체 배터리에 구현하기 위한 R&D를 추진 중이다. 손 담당은 “전자의 이동 경로가 매우 짧아지면서 급속 충전이나 방전 시 발열 관리에 유리할 것으로 보고 있다”며 “대면적화하면 부품 수도 50% 수준까지 줄일 수 있어 배터리 팩 내 공간 활용률을 높일 수 있고, 전기차에 적용하면 주행 거리와 가격 경쟁력을 높일 수 있을 것”이라고 소개했다. 전기차 외 고전압을 요구하는 ESS나 전기선박에도 활용될 수 있을 것이라고 전망했다. “리튬황 배터리, kg당 500kWh 구현"…소듐이온 배터리 조기 출시 시사 LG에너지솔루션은 리튬이온 배터리 무게 대비 에너지 밀도가 1.5배 높은 리튬황 배터리도 2027년 상용화 목표로 개발하고 있다. 손 담당은 “kg당 400~600kWh의 에너지 밀도를 구현할 수 있을 것으로 보고 있고, 500kWh 수준까지는 개발 가능한 단계”라며, “황이 매우 저렴하기 때문에 하이니켈 리튬이온 배터리 대비 원가를 30~50% 절감할 수 있다”고 강조했다. 손 담당은 무게가 가볍다는 특성상 도심항공교통(UAM) 등 항공 분야에 우선 공급될 것으로 전망했다. 손 담당은 “리튬황 배터리 구현을 위한 양극재를 개발했고, 고안정성과 고출력을 내기 위한 전해질 기술도 자체적으로 보유하고 있다”고 소개했다. 현재는 리튬이 비교적 낮은 가격에 거래되고 있지만, 모빌리티 부문에서 전동화가 상당 수준으로 진행되면 수요 대비 공급이 부족해질 전망이다. 업계에선 보급형 리튬이온 배터리를 대체할 배터리로 소듐(나트륨)이온 배터리 연구도 활발히 진행되고 있다. LG에너지솔루션도 그 중 하나다. 손 담당은 “소듐은 메탈 중 두 번째로 매장량이 많다”며 “이런 풍부한 자원을 토대로 지속 가능성 관점에서 가격 경쟁력을 갖출 수 있는 소듐이온 배터리 개발이 필요하다”고 설명했다. 소듐이온 배터리는 원재료가 저렴할 뿐 아니라 충격에도 매우 안전하고, 저온 환경에서도 성능이 잘 유지될 뿐 아니라 열 폭주에 따른 화재 위험으로부터 안전한 것으로 평가된다. 그러나 낮은 에너지 밀도가 단점으로 꼽힌다. 시장에 다수 보급된 LFP 배터리 대비 규모의 경제가 형성되지 않아 현 시점에선 가격 경쟁력도 LFP 배터리에 비해 밀린다. 손 담당은 “고용량 양극재로 소듐이온 배터리 에너지 밀도를 높이는 연구를 진행하고 있다”며 “또 하나의 방법으로 저희가 타사 대비 기술력이 우수한 건식 공정도 접목해 비용을 더욱 절감하려 한다”고 언급했다. 이어 “원통형 배터리로 구현하기 어려운 전고체 배터리와 달리, 폼팩터를 다양하게 접목할 수 있는 것도 소듐이온 배터리의 장점”이라며 “기존 리튬이온 배터리 공정 라인을 100% 활용할 수 있다”고 했다. 소듐이온 배터리의 경우 다른 차세대 배터리보다 조기에 시장 출시가 이뤄질 것으로 내다봤다. 손 담당은 “무정전 전원 장치(UPS) 등 고출력을 요하는 시장에 조기 출시하려고 최선을 하고 있다”고 말했다.

2025.04.10 15:15김윤희

리튬메탈 전고체 배터리 가격 10년 뒤 60% 하락 전망

리튬메탈 음극 기반 전고체 배터리 가격이 지난해 kWh당 300달러 선에서 10년 뒤인 2035년 기준 120달러 대까지 낮아질 것으로 전망됐다. 시장 주류인 리튬이온 배터리의 현 가격과 유사한 수준이다. 7일 시장조사업체 SNE리서치는 최근 발간된 '차세대 리튬메탈 배터리 기술개발 현황 및 시장전망 리포트'에서 이같이 전망했다. 이같은 전망 하에 관련 시장 규모는 지난해 약 2억 달러(약 2천925억원) 수준에서 2035년 약 320억~470억 달러(약 46조 8천억~68조 8천억원)까지 성장할 것으로 봤다. 전기차, 항공모빌리티 등 고에너지 응용 분야 중심 기술 수요가 확대되고, 리튬메탈 음극이 상용화가 가시화됨에 따른 전망이다. 리튬메탈 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 한계를 뛰어넘는 차세대 고에너지 밀도 솔루션으로 전기차, 드론 및 항공모빌리티 등 에너지 수요가 높은 응용 분야의 핵심 동력원으로 주목받고 있다. 특히 이론 용량이 약 10배 높은 리튬 메탈 음극이 적용되면 배터리 소형화와 장거리 주행 구현에 결정적 역할을 할 것으로 예상된다. 단 충·방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극을 오가는 동안 가지 모양 결정체가 음극 표면에 쌓이는 '덴드라이트'와 고체전해질면(SEI) 파괴, 사이클 수명 저하 등 기술 문제가 상용화를 가로막는 주요 장애 요소로 작용하고 있다. 업계에선 이를 해결하기 위해 계면 제어 기술, 셀 설계 혁신 등 연구개발이 전방위적으로 진행되고 있다. LG에너지솔루션은 KAIST와 협력해 '붕산염-피란 기반 액체 전해질'을 개발해 리튬메탈 배터리의 충방전 효율과 에너지 밀도를 높였다. 롯데케미칼은 덴드라이트 현상을 억제하는 분리막 코팅소재 제조 기술을 개발하는 등 다양한 연구가 진행되고 있다. SNE리서치는 이에 대해서 정책적 지원과 산업 생태계의 유기적 협력이 병행된다면, 리튬메탈 배터리는 향후 차세대 배터리 산업의 새로운 패러다임을 주도할 핵심 기술로 자리매김할 수 있을 것이라고 설명했다.

2025.04.07 14:55김윤희

삼성전기, 초소형 전고체 배터리 첫 개발…고객사 테스트 돌입

삼성전기가 '꿈의 배터리'라 불리는 전고체 배터리 개발에 성공했다. 현재 웨어러블 시장을 겨냥해 고객사와 품질 테스트를 진행 중인 것으로 알려졌다. 23일 업계에 따르면 삼성전기는 최근 웨어러블 디바이스용 초소형 전고체 배터리를 세계 최초로 개발했다. 이번에 개발한 전고체 배터리는 산화물계 소형 전고체 배터리다. 에너지 밀도는 200Wh/L급의 업계 최고 수준이다. 이는 리튬 이온 배터리보다 작은 사이즈로도 동등 수준의 에너지 밀도를 구현한 것으로, 삼성전기는 현재 시제품 평가 등 고객사 프로모션을 진행하고 있다. 전고체 배터리는 충방전에 필요한 전해질을 불연성 고체로 사용해 안전하고, 외부 충격에 견고하며 다양한 형태로 제작할 수 있고 초소형 크기로도 구현할 수 있다. 내부에 얇은 판을 말아서 배터리를 만드는 리튬 이온 배터리는 초소형화 제품의 경우 판이 접히는 부분에 주름 발생할 수 있고, 충전시 내부 부피 팽창으로 여분의 추가 공간이 필요해 초소형화에는 한계가 있다. 삼성전기가 개발한 산화물계 전고체 배터리로 초소형화의 한계를 극복했다. MLCC 공정과 유사하게 전극과 고체전해질 재료를 얇게 인쇄해 번갈아 쌓아 올린 후 절단하기 때문에 제작과정에서 주름이 발생하지 않는다. 또한 충전시 부피 변화도 매우 작아 여유공간이 필요 없으며, 리튬이온전지에서 필요한 분리막도 필요하지 않아 초소형화 구현에 성공했다. 삼성전기는 산화물계 소형 전고체 배터리를 개발하는데 MLCC의 기술 노하우를 적극 활용했다. 삼성전기는 산화물계 전고체 배터리 관련 다수의 특허를 확보해 사업화를 대비해 왔다. 최근 3년간 해외에 출원한 특허 수는 40여건에 이른다.

2024.09.23 09:14장경윤

삼성SDI 이어 LG엔솔도 잰걸음…전고체 배터리 경쟁 가속

차세대 고성능 전기차 배터리로 주목받는 전고체 배터리를 두고 일찍이 양산 계획을 밝힌 삼성SDI에 이어, LG에너지솔루션도 2030년 이전 개발 완료를 목표로 하는 등 국내 배터리셀 기업 간 경쟁이 가속화하고 있다. 양사는 23일 서울 강남구 과학기술회관에서 열린 'SNE 배터리 데이 2024'에서 차세대 배터리 개발 방향에 대해 이같이 밝혔다. 배터리 핵심 공급처인 전기차 시장이 최근 수요 정체(캐즘)를 겪고 있어, 보다 긴 주행 거리를 보장하고 가격도 보다 저렴한 전기차 배터리가 요구되고 있는 상황이다. LG에너지솔루션과 삼성SDI도 이런 환경을 고려해 차세대 배터리 포트폴리오를 준비 중이다. 전고체 배터리는 고사양 전기차를 위한 제품으로 개발 중이다. 중국 기업의 주력 제품인 리튬인산철(LFP) 배터리보다 높은 성능의 보급형 배터리 개발 계획도 세웠다. 중저가 배터리 시장을 되찾겠다는 의지다. 최근 전기차 업체들이 보급형 모델에 눈을 돌리면서 배터리 시장 주도권도 이에 맞는 LFP 배터리를 제공하는 중국 업체 쪽으로 많이 기울어졌다. 공정 단계 측면에선 공통적으로 건식 전극을 핵심 기술로 연구하고 있다. 기술의 난이도가 높지만 차세대 배터리에 적용할 경우 원가도 절감하고, 보다 고성능을 구현할 것으로 기대했다. ■LG엔솔 “2030년 이전 차세대 배터리 개발…'전고체' 기술력도 업계 앞서” 이날 연사로 나선 정근창 LG에너지솔루션 미래기술센터 부사장은 “리튬이온전지를 지속 개량함과 동시에 차세대 배터리 기술을 개발하고 있다”며 “고성능 부문은 황화물계 배터리로, 평균~하위 부문은 LFP와 리튬인산망간철리튬(LMFP) 배터리를 활용하면서 반고체 바이폴라 배터리로 가격 경쟁력을 강화해나갈 것”이라고 언급했다. 현재 개발 중인 차세대 배터리들은 적어도 2030년 이전에 개발을 마칠 것으로 전망했다. LG에너지솔루션은 지난 10여년간 차세대 배터리로 리튬황배터리를 개발해왔다. 정근창 부사장은 “시험 단에선 가장 우수한 성능과 수명을 기록했지만 범용화하는 데에는 어려움을 겪고 있다”면서도 “황은 가격이 저렴하면서도 에너지를 많이 담을 수 있어 시장에서 승산 있는 제품이 될 것”이라고 소개했다. 현 기술 수준에선 500Wh/kg 수준까지 에너지 밀도를 높였다. 정 부사장은 “안전성 문제가 고민인데, 고고도 무인기 활용 사례에 한해선 꽤 검증된 제품 설계를 가지고 있다”며 “리튬황 배터리를 처음 출시하고 활용 경험을 쌓아나가는 데 적절한 사례가 될 것”이라고 기대했다. 장기적으로는 항공 모빌리티에 활용할 만한 고에너지·고출력 특성을 지닌 배터리로도 활용하게 될 것으로 전망했다. 이를 위한 에너지 밀도와 출력 성능은 어느 정도 구현했고, 배터리 수명을 늘리는 데 기술 개발을 집중하고 있다. 전고체 배터리에 대해선 이전보다 기술력에 있어 자신감을 내비쳤다. 지난 3월만 해도 “보수적 관점에서 개발하고 있어 양산 시점이 늦어지고 있다”고 밝힌 데 비해 보다 긍정적으로 뉘앙스가 바뀌었다. 정 부사장은 전고체 배터리에 대해 “건식 전극 공정을 활용한 개발 단에선 가장 앞선 단계라고 생각한다”며 “높은 이온 전도도를 가진 조성물을 갖고 있고, 독자적인 나노 코팅으로 양극재를 보호하는 기술로 저항을 줄이고 수명을 늘릴 수 있다”고 강조했다. 활용 사례로는 고성능 전기차와 선박을 들었다. 높은 에너지 밀도가 강점인 리튬메탈전지도 개발 중이다. 정 부사장은 “성능은 어느 정도 구현이 되지만, 내구성을 높이는 것이 어려운 부분”이라며 “대부분의 리튬 전지 공정을 활용해 제품을 생산할 수 있는 것이 장점으로, 소형 모빌리티와 초소형 기기에서 활용 경험을 쌓은 뒤 자율주행차량 등 대규모 시장에 진입할 계획”이라고 했다. 바이폴라 배터리는 팩 구조를 단순화해 원가 경쟁력을 높일 제품으로 개발되고 있다. 정 부사장은 “건식 전극 공정을 활용하고 반고체 전해질을 활용하는 것이 특징”이라며 “상당히 어려움이 많지만 구현이 되면 중국산 배터리와 경쟁이 가능할 것”이라고 언급했다. ■ 삼성SDI “전고체 배터리 기술 검증 끝나…샘플 평가 매우 긍정적” 삼성SDI는 그 동안 하이니켈 니켈코발트알루미늄(NCA) 배터리 등 고사양 배터리 위주로 양산해왔다. 지난해부터는 전기차 시장 변화를 고려해 미드니켈 배터리, 코발트가 빠진 NMX 배터리, 기존 LFP 배터리보다 에너지 밀도를 높인 LFP+ 배터리 등 보급형 제품으로 포트폴리오 확장을 준비하고 있다. 폼팩터 차원에선 최근 수요가 확대될 것으로 전망되는 '46파이(지름 46mm)' 원통형 배터리 개발 현황을 소개했다. 고주영 삼성SDI 부사장은 이와 관련해 “올해 양산 준비를 완료해 고객 상황에 따라 양산 시점을 조율할 것”이라며 “다양한 고객 수요에 대응하는 측면에서 지름 외 높이는 다양하게 생산하려 한다”고 했다. LG에너지솔루션과 마찬가지로 건식 전극 공정도 개발 중이다. 고 부사장은 “스태킹은 와인딩 대비 속도가 느린 것이 단점이었는데, 이를 보완하고자 고속 스태킹 기술을 개발 중”이라고 언급했다. 회사는 차세대 배터리 중 고사양 제품으로 전고체 배터리를 개발 중이다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용해 배터리 폭발과 화재 위험성을 크게 줄이면서도 에너지 밀도를 크게 높일 수 있는 '꿈의 배터리'로 불린다. 단 현재로선 양산 계획을 언급한 기업이 삼성SDI 외에 없다. 때문에 업계에선 양산 가능성에 대해 의구심을 품는 시선도 존재한다. 고 부사장은 전고체 배터리 기술이 사업화를 점칠 정도로 고도화됐다고 밝혔다. 고 부사장은 “삼성종합기술원(SAIT) 단에서 새로운 기술 개발을 진행하고, 어느 정도 발전이 이뤄지면 R&D 센터에서 해당 기술을 플랫폼화한 뒤 사업적으로 활용할 기술들이 회사 사업부서개발팀으로 이관된다”며 “현재 소듐 전고체 배터리, 산화물계 반고체 배터리는 SAIT 단에서 연구되고 있고 반고체 배터리와 리튬 이온 배터리, 리튬황 배터리는 R&D센터에서 연구를 진행 중”이라고 설명했다. 전고체 배터리는 이런 기술적 검증을 다 마친 단계에 이르렀다는 것이다. 고 부사장은 “샘플에 대한 고객 평가가 매우 긍정적”이라며 “하이니켈 배터리의 에너지 밀도를 더 높이는 건 이론적으로는 가능하나 안전성 문제로 한계가 있는데, 전해질을 액체에서 고체로 바꾸면서 안전성을 높이고, 전기차 개발 자유도도 올라갈 수 있다”고 강조했다. 고 부사장은 “지난해 미국 보스턴과 중국 상하이, 독일 뮌헨에 연구소를 개설하고 각지 유명 대학과 산학 협업하고 있다”며 “차세대 배터리 개발 속도를 높이기 위한 것”이라고 했다. 2027년 양산될 전고체 배터리의 폼팩터는 정해지지 않았다. 단 고 부사장은 “화재 안전성을 고려하면 궁극적으로는 각형으로 가게 될 것”이라며 “각형으로 배터리를 구축하는 데 필요한 가압 기술을 개발했고, 자동차 기업들과 2027년 제품 탑재 여부를 논의하고 있는 것”이라고 첨언했다.

2024.07.23 16:31김윤희

SK온, 전고체 배터리 소재 '고분자 전해질' 개발

SK온이 상온에서도 구동할 수 있는 리튬메탈 배터리용 고분자 전해질 공동개발에 성공했다. 고(故) 굿 이너프 텍사스대학교 교수 연구팀과 함께 이룬 성과다. 고체 배터리 성능 개선에 기여하고, 나아가 전고체 배터리 개발에도 속도를 높일 것으로 기대된다. SK온은 굿 이너프 교수의 제자인 하디 카니 교수 연구팀과 신규 고분자 전해질인 'SIPE(single-ion conducting polymer electrolyte)'를 개발했다고 16일 밝혔다. 굿 이너프 교수는 리튬이온 배터리 용량을 2배로 늘린 배터리 선구자다. 2019년 97세에 노벨화학상을 받아 최고령 노벨상 수상 기록도 세웠다. 2020년부터 SK온과 리튬메탈 배터리를 구현하기 위한 '고체 전해질' 공동 개발을 진행해왔다. 지난해 6월 별세 후 제자인 카니 교수가 연구팀을 이끌고 있다. 고분자 전해질은 가격이 저렴하고 제조가 용이해 차세대 고체 배터리 소재로 각광받는다. 하지만 산화물계, 황화물계에 비해 이온전도도가 낮아 70~80°C의 고온에서만 구동하는 점이 극복해야 할 과제 중 하나로 여겨진다. SIPE는 이온전도도와 리튬 이온 운반율을 개선해 이를 해결했다. 기존 고분자 전해질 대비 상온 이온전도도를 약 10배(1.1x10-4S/cm)까지 끌어올렸으며, 리튬 이온 운반율 역시 0.2에서 0.92로 5배 가까이 늘렸다. 상온 구동이 가능한 배경이다. 리튬이온 전도도와 리튬 이온 운반율이 높아지면 배터리 출력 및 충전 성능도 향상된다. 실제 실험 결과, SIPE를 적용한 배터리는 저속 충방전(0.1C) 대비 고속 충방전(2C) 시 배터리 방전 용량이 77%로 유지됐다. 충전 시 1C는 전지용량 100%까지 1시간에 충전하는 속도를 의미한다. 고체 전해질은 이온 전도도가 낮아 고속 충전 시 방전 용량 저하가 두드러지는데, 이를 최소화한 셈이다. 고체 전해질 계면 안정성을 높여 덴드라이트 형성을 억제했다. 덴드라이트는 충방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극을 오갈 때 음극 표면에 쌓이는 가지 모양의 결정체다. 배터리의 수명과 안전성을 저하시키는 원인 중 하나로 리튬메탈 배터리 상용화를 위한 숙제다. SIPE는 높은 기계적 내구성을 갖춰 대량 생산이 가능하며, 열적 안전성이 우수해 250℃ 이상 고온에도 견딜 수 있다. SK온은 차세대 복합계 고체 배터리에 적용할 경우 충전 속도와 저온 성능을 개선할 것으로 기대했다. 해당 연구는 전기화학 분야 학술지 '일렉트로케미컬 소사이어티'에 게재됐다. 김태경 SK온 차세대배터리센터장은 ”이번 연구 성과를 바탕으로 고분자 전해질을 적용한 고체 배터리 개발에 한층 속도를 높일 수 있을 것으로 기대한다”며 “SK온은 신규 소재 기술 경쟁력을 바탕으로 향후 차세대 배터리 분야의 성장 기회를 선점해 나갈 것”이라고 말했다. SK온은 고분자-산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발 중이다. 각각 2025년, 2026년 파일럿 시제품을 생산하고 2028년, 2029년에는 상용화 시제품을 생산한다는 목표다. 대전 배터리연구원에 건설 중인 황화물계 차세대 배터리 파일럿 플랜트는 내년 하반기 완공 예정이다.

2024.06.16 09:39김윤희

'전고체' '리튬황' 차세대 배터리 상용화 어디까지 왔나

현재 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리를 두고 LG에너지솔루션, 삼성SDI 등 국내 배터리셀 기업 간 경쟁이 후끈 달아오르고 있다. LG에너지솔루션은 리튬황 배터리와 전고체 배터리, 삼성SDI는 전고체 배터리를 중심으로 고객사들과 구체적인 사양 논의를 진행 중이다. 25일 서울 강남구 한국과학기술회관에서 개최된 'NGBS 2024' 세미나에서 양사는 이같은 사업 현황을 발표했다. 차세대 배터리는 리튬이온 배터리 대비 에너지 밀도가 높아 그만큼 같은 용량 대비 무게가 가볍고, 수명은 더 늘어날 뿐 아니라 안정성도 개선되는 방향으로 개발되고 있다. 양사 발표에 따르면 고사양 전기차와 도심항공교통(UAM), 고고도 무인기 등에 활용하려는 논의가 한창이다. 전고체 배터리의 경우 상용화 예상 시점만 놓고 보면 삼성SDI가 2027년으로, LG에너지솔루션의 2030년보다 앞선다. 이에 대해 LG에너지솔루션은 기술력이 상대적으로 뒤처지는 것이 아닌, 더 높은 완성도를 위한 보수적인 전망치라며 견제구를 던지기도 했다. 전고체 배터리에 대해 일관적으로 내비치는 입장이다. ■ 배터리가 비행 연료 대체…LG엔솔 '고고도 무인기·UAM 탑재 논의” 이날 세미나 발표자로 나선 김석구 LG에너지솔루션 상무는 회사가 개발 중인 리튬황 배터리의 우수성을 강조했다. 발표에 따르면 리튬이온 배터리의 경우 2030년까지 에너지 밀도 목표치가 300Wh/kg에 그치는 데 반해, 리튬황 배터리는 현 기술 수준으로도 400~500Wh/kg를 구현할 수 있다. 배터리 부품인 양극재 가격도 30~40% 가량 절감할 수 있다는 내부 계산이다. 김석구 상무는 리튬황배터리에 대해 고고도 무인기에 탑재하는 방안을 고객사와 논의 중이라고 밝혔다. 김 상무는 “무인기 날개에는 태양 전지판이 있어 낮엔 이를 활용해 비행 상태를 유지하고, 밤에는 배터리 힘으로 비행을 해야 한다”며 “최대 충전 용량을 하루에 다 쓴다 치면, 200번 충전에 6개월을 사용할 수 있는데 400~500Wh/kg에, 200회 이상 사용이 OEM 요구 조건”이라고 말했다. UAM도 리튬황배터리 공급 논의를 진행 중이다. 김 상무는 “저희로선 출력이 극대화된 전기차로 간주하고 있다”며 “OEM 요구 조건은 최소 350Wh/kg에 에너지 출력 밀도는 1.5 이상인데, 현재 고사양 전기차가 같은 밀도에 280~300Wh/kg의 성능을 보인다”고 설명했다. 마찬가지로 개발 중인 전고체 배터리에 대해선 “가압을 높게 가져갈 수 있는 시스템도 연동돼 개발이 돼야 한다”며 “보수적 관점에서 완벽한 제품을 목표로 개발을 하고 있기 때문에, 양산 시점이 늦어진다고 실망하지 않으셨으면 좋겠다”고 말했다. 전고체 배터리 공급 시장으론 전기차를 우선으로, 향후 에너지저장장치(ESS)와 선박 등의 시장도 검토하고 있다고 덧붙였다. ■ '전고체' 치고 나가는 삼성SDI ”2027년 양산 의심한 적 없어” 세미나 발표에서 고주영 삼성SDI 부사장은 "완충 시간 등 현재 리튬이온 배터리 성능 한계를 감안할 때, 내연차와 동일한 주행 경험을 제공할 수 있는 기술을 살펴본 결과가 전고체 배터리"라며 "최고사양 전기차 시장 공략을 목표로 하고 있다"고 밝혔다. 전고체 배터리는 액체인 전해질을 고체로 변경하면서 분리막이 설계 구조에서 빠지는 등 기존 리튬이온 배터리보다 부피, 무게 측면에서 유리하다. 삼성SDI는 오는 2027년까지 전기차용으로 전고체 배터리를 450Wh/kg 수준으로 개발하겠다는 방침이다. 삼성SDI는 전고체 배터리 샘플을 고객사들에 제출해 품질 평가를 받고 있다. 고 부사장은 일반적으로 배터리가 130도 이상부터 전압이 떨어지는 반면, 전고체 배터리는 170~180도부터 성능 하락이 나타났다고 밝혔다. 고 부사장은 "현재 샘플은 파우치 형태인데, 이를 각형으로 바꿔달라는 고객 요구가 많고 이렇게 바꾼다고 하면 성능이 더 개선될 수 있다"며 "170~180도에서 파우치 외장재가 녹아 문제가 발생한 것이기 때문"이라고 설명했다. 고 부사장에 따르면 회사는 전고체 배터리를 각형으로 양산할지 검토 중이다. 향후 배터리 공법을 확정하면, 양산 능력을 갖춘 '마더라인'으로 전고체 배터리를 양산한다는 계획이다. 고 부사장은 "전고체 배터리 탑재 전기차가 내연차보다 우수한 경험을 제공함에 따라 전기차의 대중화를 이끌어내기 위해선 시장 혁신에 도전할 OEM이 필요하다"며 "당초 전고체 샘플을 OEM 세 곳에 제출했는데, 인터배터리 이후 샘플을 요청한 회사들이 늘어서 활발히 논의 중"이라고 밝혔다. 이어 "연구 개발 조직이 전고체 배터리 상용화 팀으로 소속이 옮겨졌는데, 많은 의미를 담고 있다"며 "2027년이라는 양산 목표 시점에 대해 저희는 의심을 해본 적이 없다"고 덧붙였다. 공급망 준비 상황에 대해선 "우리나라 위주로 구축해 해외 의존도 낮추려고 노력하는 상황"이라고 언급했다.

2024.03.25 15:33김윤희

정부, '전고체' 등 차세대 배터리 R&D 추진

정부가 전고체 배터리와 리튬메탈 및 리튬황 배터리 등 3가지의 유망 배터리 개발에 오는 2028년까지 1천172억원을 투입할 계획이다. 지난해 보급형 제품인 리튬인산철(LFP) 배터리 기술개발 사업을 추진한 데 이어 차세대 배터리로 R&D 영역이 확대되는 것이다. 산업통상자원부는 안덕근 장관이 11일 민관합동 배터리 얼라이언스에 참석해 올해 핵심 과제들을 점검하고 향후 대응 방향을 논의했다고 밝혔다. 이 자리에서 배터리 3사 등은 민‧관 합동 차세대 기술개발 사업의 필요성에 공감하고 참여 의사를 밝혔다. ■"화재 예방&무게 혁신"…전고체·리튬메탈·리튬황 배터리 R&D 하반기 착수 리튬이온전지의 에너지 밀도 한계치는 킬로당 350와트시 수준으로 평가된다. 현재 킬로당 300와트시 수준 배터리가 상용화되고 있어 기술적 한계에 도달하고 있다는 게 정부 분석이다. 이런 한계를 극복할 차세대 배터리 기술이 향후 시장을 선도할 것이란 전망이다. 현재 개발되는 차세대 배터리들은 사용하는 소재와 공법에 따라 다양한 조합이 가능해 개별 기업이 모든 필요 기술을 개발하고 적정한 기술 포트폴리오를 확보하기 어렵다. 이에 정부 과제로 유망 기술 3개 분야에 대한 개발 사업이 추진된다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 이용해 화재 발생 가능성을 획기적으로 줄여 '꿈의 배터리'라 불리고 있으며 전기차를 비롯 많은 분야에 활용 가능하다. 리튬메탈 배터리는 음극소재에 흑연 대신 리튬메탈을 사용해 에너지 밀도와 수명 개선이 기대된다. 특히 흑연을 사용하지 않아 공급망 안정화를 기대할 수 있다. 리튬황 배터리는 양극소재에 리튬이 아닌 황을 사용해 기존 배터리보다 가볍다. 때문에 도심항공교통(UAM) 등 기체의 무게가 중요한 도심항공용으로 적합할 것으로 전망된다. 정부는 차세대 배터리 개발 사업 과제를 다음달 공고한 뒤 상반기 중 평가를 거쳐 하반기부터 사업에 착수할 방침이다. ■보급형 R&D 지원 사업 LFP 이어 나트륨 배터리로도 확대 이날 얼라이언스에서는 차세대 배터리 외에도 올해 민‧관이 함께 추진할 다양한 주제들이 논의됐다. 보급형 배터리 개발을 위해 배터리 3사와 에코프로, 엘앤에프 등은 LFP 제품 관련 투자를 진행 중이다. 산업부는 지난해 LFP 배터리에 이어 올해 나트륨 배터리 기술 개발 사업도 추진해 민간의 기술 확보를 지원할 계획이다. 나트륨 배터리는 에너지 밀도는 낮지만, 가격이 저렴하고 수명이 길어 보급형 시장에서 주목받고 있다. 정부는 올해 나트륨 배터리 핵심 소제와 셀 제조 기술 개발 사업에 착수해 오는 2027년까지 282억원을 지원할 계획이다. 우리나라 배터리 기업들은 올해 총 9조원 이상의 자금을 설비와 연구개발(R&D)에 투자할 예정이다. 이 중 설비 투자에 총 7조 1천억원이 투입될 예정이다. 주요 설비로는 차세대 배터리 파일럿 라인, 4680 원통형 배터리 생산라인, LFP 양극재 생산라인, 흑연 가공 등 음극재 생산라인 등이 있다. 정부는 기업들의 국내 투자 지원 정책으로 인·허가 신속 처리를 위한 패스트트랙을 운영한다. 전력ˑ용수ˑ폐수ˑ도로 등 4대 인프라를 중심으로 지원 규모를 확대하고, 지원 가능 인프라를 확대하기 위해 고시 개정을 추진한다. 금융 지원 측면에선 산업은행, 기업은행, 신용보증기금 등이 올해 5조 9천억원 규모 정책금융을 공급할 예정이다. 안덕근 장관은 올해 민‧관이 함께 풀어야 할 과제로 ▲차세대 배터리 기술개발 ▲보급형 제품 개발 ▲인플레이션 감축법(IRA) 등 통상현안 대응 ▲국내 투자를 통한 공급망 자립화 ▲배터리 전주기 순환체계 구축 등 5대 과제를 제안했다. 이런 과제들을 해결하기 위해 이번 얼라이언스를 시작으로 민‧관 소통과 협력을 더욱 강화해나가겠다고 밝혔다.

2024.03.11 14:00김윤희

김제영 CTO "韓 배터리 역사=LG엔솔이 걸어온 길"

"LG에너지솔루션은 지난 30년 간 패스파인더(선구자)에서 퍼스트무버, 그리고 리딩 기업으로 성장해왔습니다. 이제는 글로벌 QCD(퀄리티·코스트·딜리버리)에서 1등이 되고자 합니다." 김제영 LG에너지솔루션 최고기술책임자(CTO)는 7일 '인터배터리 2024' 콘퍼런스에서 기조연설을 통해 배터리 기술력에 대한 남다른 자부심을 보였다. 김 CTO는 "지금까지 LG에너지솔루션이 걸어온 길이 한국 리튬이온전지(LiB)가 걸어온 길이라고 확신한다"라며 "리튬이온전지와 관련한 특허만 4만건 이상을 보유하고 있으며, 경쟁사 수치는 언급하지 못하지만 월등히 많다"고 말했다. 그는 LG에너지솔루션이 주력하는 파우치형 배터리가 다른 폼팩터 대비 경쟁력이 있다는 점도 강조했다. LG에너지솔루션은 파우치와 원통형 배터리를 생산하고 있다. 김 CTO는 "파우치형은 배터리 에너지 밀도를 높이기 위해 스태킹(쌓아올리는) 공정을 하는데, 자유로운 디자인 형태가 가능하니까 다음 세대 배터리 케미스트리(화학 구성) 수용하기에 굉장히 적합한 형태"라며 "배터리 충방전 시 발생하는 가스를 줄이는 데도 파우치가 유리하다"고 설명했다. 이어 그는 "차세대 배터리로 꼽히는 전고체 배터리에서 계면의 저항을 줄이기 위해 중요한 기술이 바로 '가압'이라며 "3가지 폼팩터 중에서는 파우치가 가장 균일하게 가압을 할 수 있다"고 부연했다. LG에너지솔루션이 현재 주력하는 것은 고전압 미드니켈 NCM에 대해서도 언급했다. 그는 "경쟁사 와인딩에 비해 경쟁력이 있다"며 "단일 면적에 많은 파우치셀을 쌓기에는 스태킹이 유리하며, 에너지 밀도를 올릴 수 있고 성능과 확장성 측면에서도 스태킹 파우치가 훨씬 더 유리하다"고 강조했다. LG에너지솔루션은 미드니켈 NCM관련 특허만 2천건을 넘게 보유 중이다. LG에너지솔루션은 차세대 배터리로 '리튬황배터리'과 '전고체배터리'를 꼽았다. 김 CTO는 "리튬황배터리는 2027년, 전고체배터리는 2030년 양산을 할 예정"이라고 밝히며 "전일 김동명 사장이 언급했듯이 전고체 배터리는 제대로 연구하고 개발하고자 하는 니즈가 있어 경쟁사보다 양산이 조금 더 늦다"고 말했다. 이어 "전고체 전해질의 핵심은 이종의 고체 간 리튬이온 전달을 어떻게 저항을 줄이면서 하는 것"이라며 "이와 관련해 연구하기 위해 미국과 유럽 등 국내외 다양한 연구기관과 협력하는 오픈이노베이션을 많이 활용하고 있다"고 덧붙였다. 그는 마지막으로 중국 경쟁업체들의 배터리 굴기를 이겨내고 성장하기 위해서는 국내 배터리 업계와의 협력도 중요하다고 운을 뗐다. 김 CTO는 "경쟁사들의 도전을 이겨내기 위해서는 배터리 3사뿐 아니라 소재 업체가 걸어가는 길이 이제 세계 배터리 인더스트리가 가는 길이 되도록 리딩해야 한다고 생각한다"고 말했다.

2024.03.07 14:10류은주

롯데에너지머티, 고체전해질 원재료 공급망 확보

롯데에너지머티리얼즈가 지난 13일 잠실 롯데월드타워 EBC에서 이수스페셜티케미컬과 황화물계 고체전해질 원재료인 황화리튬을 공급받는 내용의 업무협약(MOU)를 체결했다고 14일 밝혔다. 업무협약식에는 롯데에너지머티리얼즈 김연섭 대표, 류종호 전략연구부문장, 김훈 기획부문장, 이수스페셜티케미컬 류승호 대표, 김창국 연구개발본부장, 최인준 기획팀장 등 양사 주요 임직원이 참석했다. 롯데에너지머티리얼즈는 이번 업무협약으로 이수스페셜티케미컬로부터 황화물계 고체전해질의 핵심 원재료인 황화리튬(Li2S)을 공급받으면서 양질의 고체전해질 샘플을 국내외 전고체전지 기업에 공급할 수 있게 됐다고 설명했다. 앞서 롯데에너지머티리얼즈는 지난 5일 익산2공장에 연산 최대 70톤 규모 고체전해질 파일럿 설비를 착공한 바 있다. 올해 연말까지 시험 가동 및 안정화 단계를 거친 뒤 2026년 양산을 목표로 연산 1천200톤 규모의 생산설비를 확대한다는 방침이다. 김연섭 롯데에너지머티리얼즈 대표는 “양사의 전략적 파트너십을 통해 황화물계 고체전해질의 필수 원재료인 황화리튬을 공급 받으면서 해당 사업이 탄력을 받게 됐다”면서 “이번 업무협약 시너지를 바탕으로 차세대 배터리 소재 부문 연구개발을 더욱 강화해 나가겠다”고 밝혔다. 한편, 롯데에너지머티리얼즈가 개발하는 황화물계 고체전해질은 저비용 건식합성 공법과 특수 습식합성 공법을 적용한 고이온전도 나노급 제품이다. 또한, 황화물계 고체전해질은 수분에 민감한 만큼 기존 리튬이온배터리(LIB) 공정의 이슬점(-35~-45℃)에서도 제조 및 취급할 수 있는 고이온전도 수분안정형 황화물 고체전해질도 추가 개발하고 있다.

2024.02.14 09:22류은주

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