전고체 배터리 상용화, 이젠 초읽기…소재 공급망 꿈틀

주요 기업들의 전고체 배터리 양산 시점이 가까워지면서 핵심 소재 공급망도 구체화되고 있다. 상용화 가능성을 두고 의견이 갈리던 과거와 달리, 업계 양산 계획에 맞춰 앞단인 소재부터 설비투자가 본격화되는 모습이다. 9일 배터리 업계에 따르면 국내외 기업들이 전고체 배터리 핵심 소재 양산 확대를 준비 중이다. 전고체 배터리는 리튬이온배터리와 달리 고체 전해질을 사용해 화재 안전성을 크게 높이면서도 혹서·혹한 환경에서도 성능이 유지되고, 에너지 밀도는 2배 이상 높일 수 있을 것으로 기대를 받는다. 이런 점 때문에 이전부터 '꿈의 배터리'로 불렸지만, 제조 난이도가 높아 기업들의 양산 계획이 계속 지연돼왔다. 하지만 최근 들어서는 양산이 가시권에 들어왔다는 평가가 나온다. 국내 기업인 삼성SDI를 비롯해 토요타, CATL 등 주요 기업들이 제시한 전고체 배터리 출시 예상 시점은 2027년 이후다. 업계에서는 이를 전후해 실제 양산 성공 사례가 등장할 가능성에 주목하고 있다. 특히 고체 전해질 3대 유형 가운데 시장의 주류로 꼽히는 황화물계 고체 전해질과, 그 핵심 원료인 황화리튬을 중심으로 증산 움직임이 빨라지고 있다. 이수스페셜티케미컬은 황화리튬 생산능력(CAPA) 확대를 위해 2029년까지 대규모 투자를 계획하고 있다. 이에 울산 온산 공장을 데모 플랜트 규모를 넘어 상업화 플랜트로 확장하는 작업에 지난해 9월 착수했다. 수요 기업 사업 계획에 맞춰 CAPA 확대를 점진적으로 추진할 계획으로, 올해는 기존 40톤에서 150톤까지 CAPA 확대가 예정돼 있다. 정부도 최근 전략 산업을 지원하는 '국민성장펀드'를 통해 이 증설에 1천억원 규모 장기 저리 대출을 지원키로 했다. 일본 이데미츠고산도 토요타와 함께 황화리튬과 고체 전해질 양산을 추진 중이다. 황화리튬 공장은 내년 6월까지 설립한다는 계획이다. 지난달부터는 고체 전해질 파일럿 규모 생산을 위한 설비 투자에 착수했다. 고체 전해질은 주요 배터리 소재 기업들의 투자가 활발하다. 에코프로비엠은 연 CAPA 40톤 규모 파일럿 라인을 운영 중이다. 내년엔 고객사 일정에 맞춰 양산 준비에 착수할 계획이다. 증산 규모는 300톤 수준으로 알려져 있다. 롯데에너지머티리얼즈도 연 CAPA 70톤 규모 파일럿 라인을 운영하고 있으며, 전고체 배터리 기업과의 협력 하에 1GWh 규모로 증설을 검토하고 있다. 스타트업들의 사업 확장도 본격화하고 있다. 국내 스타트업인 솔리비스는 지난해 11월 연 CAPA 최대 42톤 규모 횡성 1공장을 준공했다. 2공장 설립을 위한 투자 유치도 추진하고 있으며, 올해 착공을 고려하고 있다. 미국 스타트업 솔리드파워도 한국에 500톤 규모 고체 전해질 CAPA 확보를 위한 합작 투자를 계획하고 있다고 발표했다. 회사는 현재 미국 콜로라도주에 CAPA는 30톤으로, 올해 말까지 75톤 규모로 확장이 예정돼 있다. 기존보다 한층 본격적인 증산에 나선 셈이다. 업계에서는 이 같은 소재 설비 투자가 완료되면 규모의 경제 효과를 통해 전고체 배터리의 가격 경쟁력도 크게 개선될 것으로 보고 있다. 최근 고성능 배터리 수요가 빠르게 성장할 것으로 전망되는 로봇 시장이 초기 수요를 견인할 것이란 관측도 나온다. 안회수 DB증권 연구원은 지난 1월 보고서에서 “현재 황화리튬이 kg당 250달러 기준으로 1kwh에 필요한 고체 전해질 원재료는 액체전해질 원재료 대비 약 50~60배 비싸다”며 “소재 가격은 양산 체제 구축으로 10~20배까지 낮출 수 있을 것”이라고 전망했다. 이어 “전고체 배터리 양산에 있어 병목은 계면 임피던스, 저온 성능, 황화리튬 가격”이라며 “(전기차 대비)로봇은 해당 문제들을 비교적 감당할 수 있는 환경이기 때문에 전고체 배터리 적용을 2027~28년으로 앞당길 수 있다”고 분석했다. 김명주 신한투자증권 연구원도 지난달 26일 보고서에서 2040년 기준 휴머노이드용 배터리의 68%는 전고체 배터리가 차지할 것으로 내다봤다. 신동욱 솔리비스 대표도 “고체 전해질 연간 생산 및 판매 규모가 수십톤까지 성장하면 액체 전해질 대비 가격이 약 20배 수준, 수백톤 정도로 확대되면 10배 수준 가격을 형성할 것으로 보고 있다”며 이같은 전망에 힘을 실었다. 다만 현재로선 로봇업계가 당장 전고체 배터리를 채택하려 하기보다, 대량 생산을 통한 가격 인하를 희망하는 상황이라고 짚었다. 신 대표는 “로봇 기업들과 배터리 기업들이 협상하는 과정에서 거론되는 단가를 보면, 업계가 수용하기엔 굉장히 낮은 수준”이라고 말했다.