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삼성SDI, 'CES 2025' 혁신상 수상 배터리 소개

삼성SDI는 7~9일(현지시간) 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 전자·IT 전시회 'CES 2025'에서 혁신 배터리 제품과 기술을 선보였다고 10일 밝혔다. 라스베이거스 중심가에 위치한 윈 호텔에 마련된 고객 초청 전시회에는 원통형 배터리, 전기차용 각형 배터리, 전력용 에너지저장장치(ESS) 솔루션 등 최신 제품이 대거 전시됐다. 특히 전시장에는 이번 행사를 앞두고 'CES 혁신상'을 받은 배터리 관련 대표 제품들과 함께 최근 업계에서 큰 관심을 받고 있는 전고체 배터리 기술도 공개됐다. 혁신 설계와 공정 기술을 적용해 안전성과 성능을 잡은 고밀도 장수명 전기차용 각형 배터리 '프라이맥스680-EV', 무선통신 기술로 구조를 단순화해 생산 효율과 품질을 높인 전기차 배터리 모듈 '프라이맥스680 모듈 플러스' 등이 업계 관계자 시선을 사로잡았다. 전력망에 연결만 하면 바로 사용할 수 있고 안전성도 이전보다 향상된 컨테이너식 ESS 'SBB 1.5'와, 고출력·고속충전 기술을 구현한 21700 원통형 배터리 '프라이맥스50U-파워'도 전시됐다. 고에너지 밀도 제품으로 개발되는 무음극 기반 전고체 배터리도 선보였다. 삼성SDI는 지난 2023년 말부터 고객사들에게 샘플을 공급하며 2027년 상용화를 목표로 하고 있다. 삼성SDI는 전시장에 전문 도슨트를 운영하며 해당 부스 방문객과 시장조사 기관 관계자들에게 사업 부문별 핵심 제품을 소개해 이해도를 높였다. 특히 삼성SDI는 이번 'CES 2025' 전시 주제를 '초격차 기술로 지속가능한 미래 실현'으로 정하고 혁신 기술력을 선보이는 데 집중했다. 최근 전기차 캐즘, 미국 트럼프 정부 출범 등에 따른 불확실성 등 여러 악재로 인해 배터리 업계가 어려운 시기를 거치고 있으나 선제적인 기술 혁신을 통해 미래를 준비하겠다는 의지를 담았다. 최근 고금리 등으로 인한 수요 부진과 전기차 및 배터리 관련 정책 불확실성 등으로 인해 업계 실적이 부진한 가운데서도 차별화 기술 개발 및 혁신에 꾸준히 투자함으로써 향후 다가올 '슈퍼사이클'에 대비하겠다는 것이다. 삼성SDI 관계자는 "초격차 기술력을 바탕으로 지속가능한 미래를 실현하기 위한 노력과 의지를 고객들에게 선보였다"며 "최고의 배터리 기술력과 품질을 직접 확인한 고객들로부터 좋은 반응을 얻을 수 있었다"고 말했다.

2025.01.10 12:04김윤희

삼성전기 "내년 소형 전고체전지 양산…갤럭시링부터"

[라스베이거스(미국)=류은주 기자] "소형 전고체 배터리는 내년 하반기 양산하고자 하는게 저희 바람입니다." 장덕현 삼성전기 사장은 8일(현지시간) 미국 라스베이거스 앙코르 호텔에서 기자간담회를 열고 이 같은 계획을 공유했다. 전고체 배터리는 기존 리튬이온배터리보다 안정성이 높아 차세대 배터리로 주목받는다. 삼성전기는 스마트폰, 스마트링, 무선이어폰, 스마트워치 등 IT 기기에 탑재할 수 있는 산화물계 소형 전고체 배터리를 개발 중이다. 고체로된 배터리다 보니 기기 모양에 맞게 배터리를 만들 수 있어 안경테, 스마트링 등 굴곡진 기기에도 탑재가 용이하다. 이미 시제품 검증에 들어간 곳도 있다. 다만, 양산 시점을 확언할 수는 없다고 장 사장은 전했다. 삼성전기 예상 로드맵에 따르면 올해 갤럭시링 내년 갤럭시버즈 등에 탑재될 가능성이 높다. 장 사장은 "(전고체 배터리는)아직 세상에 없는 기술이라 양산을 해보기 전에는 모른다"며 "내부적으로 테스트를 엄청나게 하고 있는데, 어느 정도 자신감이 생겼을 때 양산 투자에 나설 예정이며 현재 시제품을 갖고 몇몇 고객과 얘기를 진행하고 있다"고 밝혔다. 또 "고객들은 기술만 된다면 쓰고 싶어 하기에 시장은 분명히 있다"며 "문제는 양산검증으로 개발 검증은 전체의 반이며, 대량 생산 시 불량 등을 체크해 사업성을 살펴봐야 한다"고 설명했다. 삼성전기는 반도체 산업의 '게임 체인저'로 불리는 유리기판도 미래 먹거리로 준비 중이다. 유리 기판의 경우 세종사업장에 파일럿 라인을 구축한 데 이어 올해 고객사 샘플 프로모션을 통해 2027년 이후 양산에 들어갈 계획이다. 장 사장은 "적극적인 고객도 있고 아직 지켜보자는 단계인 고객도 있으며, 몇몇 고객들과 협의중"이라고 밝혔다. 다만, 유리기판의 기술적 한계들을 해결하기 위한 노력도 병행 중이다. 장 사장은 "유리 기판에 층수를 올릴 때 잘 안붙는다는 의견이 있어 이러한 단점을 개선하기 위한 연구를 하고 있으며, 유리에다 구멍을 뚫어야 하므로 레이저 업체와도 역시 R&D를 진행 중"이라고 설명했다. 실리콘 커패시터는 조금 더 가시화된 먹거리다. 삼성전기는 지난해 고객에 실리콘 커패시터 샘플 공급을 시작했고, 올해 고성능 반도체 패키지용과 AI 서버용을 양산할 계획이다. 장 사장은 "올해 한 2개 고객을 잡았다"며 "양산 후 1~2년 내로 의미 있는 매출(약 1천억원 이상)을 해보고 싶다"고 말했다. 이어 "전장 카메라 역시 새로운 성장 동력으로, 렌즈가 굉장히 비싼 디바이스인데, 비싼 글라스 일부를 플라스틱으로 바꿔 하이브리드 렌즈로 차별화를 주고자 한다. 삼성전기는 이 밖에도 고체 산화물 수전해 셀·스택 등을 미래 먹거리고 제시했다. 장 사장은 "오늘 소개한 미래 사업 반만 성공해도 사실 평탄한 거라고 생각한다"며 "IT 시장이 폭발적으로 성장하진 않지만, 일부는 성장을 이어가고 있으며 작년 보다는 올해 분위기가 조금 더 좋을 것이라 생각한다"고 말했다.

2025.01.09 16:02류은주

韓·中에 밀린 日, 전고체 배터리로 자존심 회복 노린다

과거 이차전지 분야서 가장 앞섰지만 현재 한국과 중국에 밀린 일본이 차세대 배터리로 자존심 회복을 노린다. 일본은 세계 최초 리튬코발트계(LCO) 전지 상용화에 성공하며 1990년대 세계 배터리 점유율 98%를 차지했으나, 2010년 이후 한국과 중국에 밀리며 현재는 자동차 배터리 시장 점유율이 5% 이하(작년 1~10월 기준·파나소닉 3.7%)로 떨어졌다. 5일 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 일본은 세계에서 가장 많은 전고체배터리(ASSB) 관련 특허를 보유하고 있으며 꾸준히 공급망을 구축하며 대량 양산을 준비 중이다. 일본 정부는 2030년까지 일본 기업 배터리 시장 점유율 20% 회복을 목표로 총 54조5천억원에 달하는 민관 투자를 단행하기로 하는 등 지원을 강화하고 있다. 일본 정부가 작년 발표한 '배터리 공급 보장 프로그램'은 2억2천400만 달러(약 3조원) 규모 보조금을 통해 전기차 산업 생태계를 육성하고 전고체 배터리 기술 개발을 지원한다는 내용을 담고 있다. 일본 경제산업성(METI)은 도요타, 이데미츠, 미쓰이 금속, TK 웍스 등 4개 기업 R&D 프로젝트를 승인해 ASSB 관련 소재 개발과 생산 기술 혁신을 촉진하고 있다. 트렌드포스는 일본 제조업체들이 기술적 강점을 바탕으로 전고체 배터리를 전기차에 우선 적용할 가능성이 높다고 관측했다. 다만 상용화 측면에서는 중국과 한국 경쟁 업체들보다 근소한 차이로 앞서는 상황이라고 평가했다. 중국과 한국 기업 중 일부는 2027년 전고체 배터리 상용화를 목표로 하고 있다. 이는 일본 기업들이 제시한 목표보다 앞선 시점이다. 트렌드포스는 "중국과 한국은 물론 유럽, 미국 등도 전고체 배터리 기술 개발에 나서고 있어 향후 상용화를 둘러싼 경쟁이 점차 심화할 것"이라며 "일본이 ASSB 시장에서 장기적으로 선두 자리를 유지하는 것은 상당히 도전적인 과제가 될 것"이라고 분석했다.

2025.01.05 12:00류은주

배터리 판도 바꿀 전고체 배터리, 어디까지 왔나

차세대 배터리로 주목받는 전고체 배터리 상용화를 앞두고 배터리 기업 간 기술 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 앞서 중국 상하이자동차는 2026년부터 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 판매한다고 밝혔으며, 도요타는 2027년 전고체 배터리 양산을 목표로 하며, 혼다는 올해 전고체 배터리 시범 생산라인을 구축했다. 국내 셀 사 중에서는 삼성SDI가 가장 빠른 2027년 전고체 배터리를 상용화할 계획이다. 28일 업계 등에 따르면 최근 중국 배터리 업체 파라시스에너지(이하 파라시스)는 전고체 배터리 개발 진행 상황을 공유했다. 파라시스는 자체 개발한 전고체 배터리 에너지 밀도가 400Wh/kg이 넘으며, 안정적인 셀 사이클을 유지하며 실제 테스트 단계에 들어섰다고 밝혔다. 앞서 파라시스는 500Wh/kg 에너지 밀도를 목표로 한다고 밝힌 바 있다. 이번에 개발한 샘플은 하이니켈 삼원계 양극재와 실리콘 고함량 음극재를 사용하는 황화물계 기반 배터리다. 파라시스에너지는 황화물계 외에도 산화물과 폴리머계 전고체 배터리 개발에서도 진전을 이뤘다고 밝혔다. 파라시스는 전고체배터리 개발에 앞서 총 3세대 반고체 배터리를 개발해 왔다. 1세대는 GAC 그룹, 지리 등 이미 완성차 업체에 납품을 완료했다. 2세대는 소량 양산 전 생산 검증 테스트를 완료했으며, 3세대 반고체 배터리는 에너지 밀도가 최대 400Wh/kg에 달하며, 현재 자동차 등급 인증과 개발 과정을 진행 중이다. 미국 스타트업들은 전고체 배터리 기술에서 두각을 나타내며, 국내외 주요 완성차 및 배터리 제조사와 협력하고 있다. 미국 퀀텀스케이프는 폭스바겐, 빌 게이츠, 카타르 투자청(QIA), 콘티넨탈 등의 투자로 성장한 기업이다. 퀀텀스케이프는 최근 전고체 B샘플 'QSE-5 B' 생산에 성공했다고 밝히며 새해부터 대량 생산이 가능하다고 밝혔다. B샘플은 A샘플(최초의 샘플)을 기반으로 한번 이상 개선 작업을 거친 후 제작되는 샘플로 차량에서 작동하는 엔지니어링 샘플을 의미한다. 퀀텀스케이프는 구체적인 생산 가능 용량을 밝히진 않았지만, 전고체 배터리를 기가와트시(GWh) 규모로 생산할 수 있다고 설명했다. 국내 현대차와 LG화학과 협약을 맺은 팩토리얼 에너지도 미국 배터리 스타트업이다. 팩토리얼에너지는 최근 건식 음극 코팅 공정 사용한 배터리 샘플 셀 용량을 40Ah로 확장했다 밝혔다. 전기차 배터리 팩은 수백에서 수천 Ah에 달하지만, 단일 셀 기준에서는 약 40Ah~100Ah 정도 용량이 일반적인 것으로 알려졌다. 40Ah 전고체 배터리는 전기차용 단일 셀로 경쟁력을 갖춘 용량인 셈이다. 팩토리얼에너지는 최근 발표한 샘플은 에너지 밀도를 이전보다 최대 80% 향상했으며, 안전성·주행 거리·자동차 제조업체 비용 경쟁력을 한 단계 끌어올렸다고 자평했다. 국내에서도 전고체 배터리 관련 스타트업들이 있다. 솔리비스, 솔리텍 등이 대표적이다. 다만, 아직 소규모 샘플만 만들어 내는 수준에 머물러 있다. 삼성SDI은 파일럿 라인에서 생산된 샘플을 다양한 고객사에 공급하며 기술 검증을 진행 중이다. 상용화 수준인 C샘플 생산까지는 아직 시간이 더 걸릴 것으로 알려졌다.

2024.12.28 11:59류은주

퀀텀스케이프, 전고체배터리 출시 한 발짝…분리막 양산 성공

미국 배터리 스타트업 퀀텀스케이프가 전고체 배터리 출시에 한 발짝 더 다가섰다. 8일(현지시간) 퀀텀스케이프는 세라믹 분리막 생산 공장을 구축해 B-샘플 셀을 대량 생산하기 위한 기반을 마련해, 내년부터 B샘플 대량 생산이 가능하다고 밝혔다. 앞서 퀀텀스케이프는 3분기 사업 실적을 발표하면서 전고체 B샘플 'QSE-5 B' 생산에 성공했다고 밝혔다. 하지만 공정이 까다롭다 보니 소량 생산만 가능했다. 전고체 배터리 대량 생산을 위해서는 세라믹 분리막을 제조하는 시스템이 필요했는데, 이를 개발한 것이다. 전고체 배터리는 기존 리튬 이온 배터리와 달리 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용한다. 분리막이 없는 경우와 세라믹 분리막과 같은 고체 분리막을 활용하는 경우로 나뉜다. 퀀텀스케이프는 세라믹 분리막으로 설계했으며, 자체 개발한 생산 공정을 '코브라'로 명했다. 구체적인 생산 가능 용량을 밝히진 않았지만, 전고체 배터리를 기가와트시(GWh) 규모로 생산할 수 있다고 설명했다. 퀀텀스케이프에 따르면 QSE-5 B샘플 에너지 밀도는 844Wh/L며, 12분 만에 10%에서 80%까지 충전할 수 있다. 퀀텀스케이프는 지난 10월부터 평가를 위해 자동차 제조사에 B샘플 배터리 셀을 배송하기 시작했다고 밝혔다. 퀀텀스케이프의 주요 파트너사로는 독일 폭스바겐, 중국 상하이자동차(SAIC) 등이 있다.

2024.12.09 10:13류은주

日 혼다, 전고체 배터리 시범 생산라인 구축…내년 1월 가동

일본 자동차 제조업체 혼다가 전고체 배터리 파일럿(시범) 생산 라인을 공개했다. 21일(현지시간) 혼다는 도치기현 사쿠라시에 위치한 R&D 부지 내 전고체 배터리 대량 생산에 필요한 공정을 복제한 시범 생산 라인을 구축했다고 밝혔다. 해당 라인 면적은 2만7천400㎡(약 8천300평) 규모로 ▲전극 재료 계량과 혼합 ▲전극 조립체 코팅 및 롤프레싱 ▲셀 형성 및 모듈 조립 등 각 생산 공정을 검증할 수 있는 설비와 장비를 갖췄다. 혼다는 내년 1월부터 시범 생산 라인에서 생산을 시작하고, 각 공정의 대량 생산 기술과 비용을 검증하며 배터리 셀 사양 개발도 병행할 예정이다. 혼다에 따르면 리튬 이온 배터리 생산 공정을 기반으로 롤프레싱 기술을 채택해 고체 전해질 층 밀도를 높이고 연속적인 프레싱이 가능한 자체 공정을 도입했다. 이를 통해 전해질과 전극 간 계면 접촉을 증대하고 생산성도 높이겠다는 전략이다. 또 양극과 음극 결합을 포함한 일련의 조립 공정을 통합해 셀 당 생산 시간을 대폭 단축한다고 밝혔다. 이 밖에도 전력 소비를 줄이고 간접 비용을 절감하기 위한 다양한 공정을 시도했다. 생산 공정 효율을 통해 혼다는 전고체 배터리 가격 경쟁력을 높이고, 전기차뿐 아니라 오토바이와 항공기 등 다양한 제품에 배터리를 확대 적용해 규모의 경제를 만들어 비용을 더 낮추겠다고 밝혔다. 혼다는 "태양광 패널과 연료 전지 제조 경험과 입증된 기술력을 바탕으로 전고체 배터리 분야에서도 빠르게 연구 개발을 진행해 2020년대 후반 대량 생산을 시작하겠다"고 밝혔다. 한편, 혼다는 2050년까지 모든 제품과 기업 활동의 탄소 중립을 목표로 한다. 2040년까지 배터리 전기차와 연료 전지 전기차가 세계 신차 판매량 100%를 차지하도록 한다는 계획이다. 오츠 케이지 혼다 R&D 컴퍼니 대표는 "전고체 배터리는 전기차 시대를 선도할 혁신 기술로, 자동차 발전을 이끌어온 엔진을 대체하며 전동화 핵심 요소가 될 것"이라며 "배터리 발전은 혼다의 변화를 이끄는 원동력이 될 것이라 믿으며, 시범 생산 라인 가동을 눈앞에 둔 지금, 중요한 이정표에 도달했다"고 말했다. 이어 "혼다는 전고체 배터리를 장착한 모빌리티 제품을 가능한 한 빨리 출시해 고객에게 새로운 가치를 제공하기 위한 도전을 계속할 것"이라고 덧붙였다.

2024.11.22 10:05류은주

SFA, '전고체 배터리' 검사기 수주…미세 결함 검출 역할

에스에프에이(대표 김영민, 이하 SFA)는 국내 주요 고객사로부터 전고체 배터리 전용 3D CT 검사기와 특수검사기를 수주한 것으로 8일 알려졌다. SFA의 전고체 배터리용 3D CT 검사기는 기존의 리튬이온전지용 검사 기술을 응용해 전고체 배터리 내부 셀 스택의 불량을 3차원 입체 모델링 방식을 통해 검출하는 장비다. 2차원 평면 방식의 엑스레이 검사기 대비 정확성을 제고할 것으로 평가받는다. 특수검사기는 전고체 배터리 셀 외관의 미세 결함을 검출하는 장비다. 전고체 배터리는 내부 구조가 매우 복잡하고 미세한 결함이 성능에 큰 영향을 미치는 탓에 낮은 수율이 양산 본격화의 주요 걸림돌로 작용하는 상황이다. SFA는 디스플레이에서 축적한 진공 기술 등을 활용해 미세 결함을 효과적으로 검출할 수 있는 전고체 배터리 전용 특수검사기를 새롭게 선보여 수주에 이르렀다. SFA는 리튬이온 배터리에 이어 전고체 배터리에서도 턴키 수행 역량을 확보하기 위해 역량을 집중하고 있다. 전극 공정에서는 계열사인 씨아이에스와의 기술 협력을 통해 레이저 기반의 하이브리드 건조 기술 도입을 준비한다. 조립 공정에서는 셀 컷팅 장비, 스택장비 및 용접장비 등의 다양한 공정장비를 개발하고 있다. 화성 공정에서는 국책과제 진행으로 확보한 기술 기반으로 전극과 분리막의 미세한 화학적 결합 상태를 분석할 수 있는 SEM검사기도 개발하고 있다.

2024.11.08 14:51김윤희

中 CATL 전고체배터리 시제품 테스트...인력만 1천 명

중국 배터리 기업 CATL이 소용량 전고체 배터리 테스트를 시작한다. 6일 중국 언론 완뎬오토에 따르면 CATL이 최근 황화물 방식으로 만든 전고체 배터리 20Ah 시제품 테스트 단계에 진입한다. CATL은 올해 전고체 배터리 연구개발 투자를 늘리면서, 이미 전고체 배터리 연구개발 인력을 1천 명으로 확대했다. 매체가 인용한 관계자에 따르면, CATL은 최근 삼원계 리튬 배터리의 에너지 밀도를 500Wh/kg로 늘렸다. 이는 기존 배터리 보다 40% 이상 높아진 것이다. 단 충전 속도와 순환 수명은 아직 기대치에 이르지 못했다. 전고체 배터리 시제품 테스트 공정은 통상 1Ah부터 시작해 대용량으로 진행된다. 1Ah 시제품 단계에서는 배터리 재료의 우열을 테스트하며, 10Ah 시제품으로는 주로 배터리의 성능을 테스트 한다. 20Ah 시제품 단계에서는 배터리 솔루션의 초기 모델을 정하고, 생산 기술에 대한 모색을 하게 된다. 20Ah 용량은 전기 자전거, 전동킥보드, 전동스쿠터 등에 장착될 수 있는 용량이다. 지난 4월 중국 언론 졔몐신원에 따르면 CATL의 우카이 수석 과학자는 2027년까지 전기차용 전고체 배터리 성숙도 평가 기준 7~8단계(1~9단계 중)에 도달하는 게 목표라고 밝힌 바 있다. 현재는 4단계 수준이라고 덧붙였다. 7~8단계는 전고체 배터리의 소량 생산이 가능하지만 대량 생산에는 아직 원가 등 문제가 있는 단계다. CATL의 청리우췬 회장 역시 올해 3월 영국 파이낸셜타임즈와 인터뷰에서 전고체 배터리를 언급하면서, 아직 기술의 성과가 충분치 않으며 내구성이 부족하고 안전 문제가 남아있다고 언급한 바 있다.

2024.11.07 08:36유효정

'3분기 호실적' 삼성전기, AI·전장으로 4분기 난관 돌파

삼성전기가 AI·전장 등 고부가 사업 확대로 올 3분기 매출 및 영업이익 모두 성장세를 이뤄냈다. 그러나 당초 증권가 컨센서스 대비 수익성이 부진했으며, 올 4분기 MLCC 출하량 감소가 예상되는 등 대외적인 불확실성도 여전한 상황이다. 이에 삼성전기는 고부가 제품의 공급을 지속 늘려나갈 계획이다. 나아가 실리콘 커패시터, 전장용 하이브리드 렌즈 등 중장기적인 성장 동력도 확보하고 있다. 특히 실리콘 커패시터의 경우 올 연말부터 반도체 고객사에 양산 공급을 시작하는 등 뚜렷한 성과를 거둘 것으로 예상된다. ■ 고부가 MLCC·FCBGA로 AI·전장 시장 겨냥 삼성전기는 지난 3분기 연결기준으로 매출 2조 6천153억원, 영업이익 2천249억원을 기록했다고 밝혔다. 전년동기 대비 매출은 2천586억원(11%), 영업이익은 368억원(20%) 증가했다. 전분기 대비로는 매출이 427억원(2%), 영업이익이 134억원(6%) 늘었다. 다만 올 3분기 영업이익은 기존 증권가 컨센서스인 2천526억원을 밑돌았다. 삼성전기는 "AI·전장·서버 등 시장 성장으로 AI용 MLCC 및 전장용 카메라 모듈과 서버용 반도체 패키지기판 등 고부가 제품 공급이 늘어 전년 동기, 전분기 대비 실적이 개선됐다"고 설명했다. 다만 4분기는 연말 계절성에 따른 부품 수요 감소 등으로 MLCC 전체 출하량이 소폭 감소할 것으로 관측된다. 이에 삼성전기는 기존 IT 위주에서 전장·산업용 등 고부가 제품 중심으로 거래선을 다변화하고 제품 경쟁력을 강화할 계획이다. 특히 AI 서버용 MLCC의 경우, 올해 관련 매출이 전년 대비 2배 이상 증가할 것으로 예상된다. AI 서버용 FCBGA 또한 CPU용을 중심으로 올해 매출이 전년 대비 약 2배 성장할 전망이다. AI 가속기용 제품도 양산이 시작될 예정이다. 삼성전기는 "4분기에는 외부 환경 불확실성으로 전분기 대비 약세 가능성이 있으나, 고부가 MLCC와 FCBGA 등의 성장 추세는 이어질 것으로 전망된다"며 "내년도에는 AI 서버의 고성장세 지속, PC 및 스마트폰에서의 온디바이스 AI 확산, 전장용 MLCC 사업 확대 등으로 전년 대비 성장할 것"이라고 밝혔다. ■ 실리콘 커패시터 등 미래 성장동력 확보 향후 삼성전기는 실리콘 커패시터, 전장용 하이브리드 렌즈, 모바일용 소형 전고체 전지 등 다양한 신사업에 진출할 계획이다. 실리콘 커패시터는 기존 MLCC 대비 고온·고주파 등의 환경에서 신뢰성이 높다. 발열 및 전력효율성을 높이는 데에도 유리하다. 덕분에 HPC(고성능컴퓨팅)과 모바일 분야에서 점차 활용처가 늘어나는 추세다. 삼성전기는 "AI 등 고성능 반도체 패키지기판을 중심으로 올 4분기부터 글로벌 반도체 업체향으로 양산을 시작할 예정"이라며 "내년에는 국내외 고객사로 공급망을 다변화할 계획"이라고 설명했다. 전장 카메라용 하이브리드 렌즈는 내년 양산 및 사업화를 준비하고 있다. 하이브리드 렌즈는 기존 카메라 소재인 유리와 플라스틱의 장점을 결합한 차세대 제품이다. 모바일용 소형 전고체 전지는 오는 2026년 양산을 목표로 하고 있다. 기존 리튬이온과 달리 산화물계 고체 전해질을 사용해, 안정성을 높이고 각형·원형 등 다양한 형태로 구현 가능한 것이 장점이다. 현재 삼성전기는 시제품을 제작해 웨어러블 기기 관련 고객사와 퀄(품질) 테스트를 진행 중인 것으로 알려졌다. 삼성전기는 "3개 제품 외에도 글라스(유리)기판 등도 기술 확보 및 제품 개발을 차질없이 진행 중"이라며 "향후에도 신사업 관련 진척 사항을 지속 공유할 것"이라고 밝혔다.

2024.10.29 15:36장경윤

美 배터리 스타트업, '전고체' B샘플 생산 시작

미국 배터리 스타트업 퀀텀스케이프가 전고체 배터리 B 샘플 생산을 시작했다. 전고체 배터리는 현재 리튬이온 배터리가 액체 전해질을 사용하는 것과 달리 고체 전해질을 사용해 에너지 밀도를 크게 높이면서도 폭발 위험을 획기적으로 줄이고, 극저온이나 고온 등 환경에서도 사용이 가능해 '꿈의 배터리'로도 불린다. 퀀텀스케이프는 23일(현지시간) 3분기 사업 실적을 발표하면서 전고체 B 샘플 'QSE-5 B' 소량 생산을 개시했다고 밝혔다. 생산된 샘플은 완성차 기업에 공급돼 전기차 탑재를 위한 테스트를 거칠 예정이다. B 샘플은 초기 제품 개발 단계에서 제작되는 최초의 샘플인 A 샘플을 보완해 고객사에 시제품으로 공급되는 샘플이다. 최종 단계인 C 샘플까지 고도화된 뒤 양산이 결정된다. 퀀텀스케이프의 전고체 배터리 B 샘플은 21.6Wh의 전력량을 지원하며 리터당 800Wh 이상의 에너지 밀도를 구현했다고 밝혔다. 15분 내 배터리 용량 10%에서 80%까지 도달하는 고속 충전 기능도 갖췄다. 에너지 밀도와 비용, 배터리 수명 측면에서 이점이 있는 무음극 기술도 적용될 전망이다. 퀀텀스케이프는 지난 2022년 말 24층 구조 전고체 배터리 A샘플을 완성차 기업에 공급하기 시작했다. 회사는 내년부터 전고체 배터리를 양산하겠다고 지난 3월 발표했고, 7월에는 폭스바겐의 전기차 배터리 자회사 파워코와 셀 제조 라이선스 계약을 체결했다. 폭스바게은 퀀텀스케이프 지분 17%를 보유하고 있다. 국내 배터리셀사를 비롯해 업계 주요 기업들은 꾸준히 전고체 배터리 연구개발을 진행 중이나, 아직 상용화된 제품은 없는 상태다. 다만 CATL, 토요타, LG에너지솔루션과 삼성SDI 등이 수 년 뒤 전고체 배터리를 상용화하겠다고 밝힌 바 있다. 업계에선 주요 배터리셀 기업들이 전고체 배터리 양산 시점을 예고하면서 근시일에 상용화가 이뤄질 것이라는 기대감이 있다. 반면 기술 특성상 제품 개발 이후 양산 난이도가 매우 높고, 비용도 커 아직까진 상용화 가능성을 높게 보기 어렵다는 의견도 존재한다.

2024.10.24 09:50김윤희

한·중 배터리 전쟁…차세대 배터리가 승부 가른다

"현재 한국 배터리 산업이 직면한 상황은 2010년 일본 배터리 산업 상황과 유사합니다. 한국의 맹추격에 일본이 당황했듯이, LFP 시장 급성장으로 한국이 중국에 역전당하는 모습을 보이고 있습니다." 강석훈 KDB산업은행 회장은 24일 서울 강남구 한국과학기술회관에서 열린 이차전지 전문 콘퍼런스 'KABC 2024' 주제발표에서 이같이 말했다. 일본은 세계 최초 리튬코발트계(LCO) 전지 상용화에 성공하며 1990년대 세계 배터리 점유율 98%를 차지했으나, 2010년 이후 한국과 중국에 밀리며 현재 점유율은 14% 수준에 그친다. 강 회장은 "중국과의 격차가 쉽게 따라가기 어려울 정도로 커진 상황에서 결국 캐즘을 어떻게 극복하는지가 중요한 이슈"라며 "앞선 기술력을 통한 전고체와 같은 미래형 배터리 개발과 공급망 내재화 등이 중요하다"고 강조했다. ■ 美, 中 견제로 시간 얻은 K-배터리…전고체 등 차세대 기술 R&D 속도 김광주 SNE리서치 대표 역시 중국의 기술 굴기를 견제하기 위한 초격차 기술력을 강조했다. 김 대표는 "캐즘이라는 단어가 사실 대한민국에서만 쓰이지 중국은 캐즘이 아니다"며 "과거 일본의 배터리와 반도체를 벤치마킹했듯이, 이제는 중국의 배터리 산업과 국가 정책 등을 이제 역으로 우리나라에서 벤치마킹할 때가 됐다"고 일침했다. 그는 중국 업체들과의 가격 경쟁력을 갖추기 위한 기술력 강화를 역설했다. 김 대표는 "LFP 배터리 시장은 결국 가격 경쟁력이 중요한데, 국내 배터리사들이 내후년 LFP를 만들더라도 OEM에 공급하기 어려울 수 있다"며 "2026년보다 앞당겨서 속도를 내야 한다"고 제언했다. 이어 "배터리 화재 이슈가 있기 때문에 안정성이 높은 배터리를 만드는 것도 중요하다"며 "차세대 배터리가 그나마 중국보다 한국이 앞서기 때문에 무기를 빨리 만들어야 한다"고 덧붙였다. 그는 미국과 유럽의 규제가 중국 배터리기업 CATL 성장을 제어하고 컨트롤하는 역할을 하고 있다고 분석하면서, 현재 배터리 공급 과잉 상황이 해소되는 2027~2028년을 기회로 삼아야 한다고 조언했다. 김 대표가 언급한 차세대 배터리에는 대표적으로 전고체 배터리가 있다. 삼성SDI는 국내 배터리3사 중 가장 빠른 2027년 상용화를 목표로 개발 중이다. 고주영 삼성SDI 부사장은 "중국 배터리 제조사들이 반고체 배터리부터 먼저 상용화하고 있지만 저희는 전고체 배터리를 먼저 상용화하기로 했다"며 "다른 경쟁업체들은 음극에 흑연과 실리콘을 사용하지만, 전고체 배터리에 무음극 기술을 적용했으며 다른 차세대 배터리에도 이 기술을 다 쓸 수 있다"고 설명했다. 이어 "전고체 배터리만 하는 것이 아니라 애플리케이션 별로 다르게 리튬황, 반고체, 소듐이온 배터리 등 다양한 차세대 배터리를 다 개발 중"이라고 밝혔다. SK온은 전기차 대중화를 가로막는 요소 중 하나인 전기차 열폭주 방지 기술 개발에도 열심이다. 안전화재 발생 시 배터리 팩 전체로 열이 번지지 않도록 안전성을 높인 S-PACK(팩)이 대표적이다. 이존하 SK온 연구위원(부사장)은 "내열성을 키우고 강도를 높인 분리막도 개발 중"이라며 "현재 고강도 분리막에 이중 고내열 코팅을 하는 것이 3세대고, 향후 고내열 고강도 분리막 원단에 고내열 이중 코팅(4세대)을 할 예정"이라고 밝혔다. ■ 美 견제 돌파구 찾는 CATL "LRS 모델 채택하고 해외자본 조달" 이날 CATL은 미국의 견제 속 세계 시장을 노리기 위한 다양한 전략을 발표했다. 차세대 기술 개발과 미국 규제를 회피하기 위한 사업 모델과 투자 방식을 강구하고 있다. CATL이 앞세우는 차세대 제품으로는 ▲배터리교체 기술 ▲센싱 플러스 배터리(10분 충전 500km 주행가능) ▲대형 트럭용 텍트란스 배터리(최대 15년 수명, 15분만 70% 충전) ▲ESS용 소듐이온배터리 등이 있다. 미국 정부는 CATL 등 중국 배터리 관련 업계를 겨냥한 규제를 강화하고 있다. 해외우려단체(FEOC) 지침 등이 대표적이다. FEOC가 생산한 배터리 부품을 장착한 전기차엔 IRA 보조금을 주지 않는다. 존 권 CATL 이사는 "7천500달러 세금 공제는 상당히 중요한 금액이며, 이 법안은 저희에게 큰 도전 과제가 됐다"며 "공급망 규제로 인해 미국에서 생산하고 판매하기 위해 'LRS 모델(라이선스, 로열티, 서비스 모델)'을 채택했다"고 말했다. LRS 모델은 예를 들어 전기차 생산업체인 포드, GM, 테슬라가 미국에서 공장에 투자하고 CATL이 해당 공장을 서비스하는 방식이다. 권 이사는 "글로벌 공급망 혼란은 유럽에서도 발생하고 있는데, 이러한 도전은 기술과 시장 혁신을 통해 해결될 것으로 생각한다"며 "그중 하나가 배터리 교환 기술로, 이 기술을 통해 전기차가 더 빠르게 확산될 수 있을 것이며, 단순한 이동 수단이 아닌 바퀴달린 스마트폰처럼 변할 것"이라고 강조했다. CATL은 미국 규제로 인해 다양한 투자 방법도 검토 중이다. 그는 "해외에서 조달한 자금으로 공동 투자뿐만 아니라 배터리 인프라 펀드에 투자하려고 한다"며 "다양한 자금 조달 방법을 모색하고 있다"고 했다.

2024.09.24 16:47류은주

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

KETI, 전고체전지 보호층 기술 개발…전기차 화재 위험 낮춘다

한국전자기술연구원(KETI·원장 신희동)은 고려대 유동주 교수팀, 성균관대 윤원섭 교수팀과 함께 전고체전지의 에너지 밀도와 안전성을 높이는 리튬금속 보호층 기술개발에 성공했다고 5일 밝혔다. 전고체전지는 기존 리튬이차전지와 달리 고체 형태의 전해질로 구성되기 때문에 폭발 위험이 없어 안전하면서도 에너지밀도가 높은 장점이 있어 현재 기술 상용화를 위한 범국가적 연구개발(R&D) 경쟁이 치열하다. 리튬금속 음극은 기존 흑연 음극보다 에너지밀도가 높은 최적 소재임에도 전해질과 리튬금속 사이에서 부반응이 발생하고 충전 시 음극 표면에 덴드라이트가 발생하기 때문에 전지 폭발 등 화재 가능성이나 전지 수명을 저하한다는 문제점을 안고 있었다. KETI 차세대전지연구센터는 나노 입자 실리콘 분말을 활용해 높은 이온 전도성을 가진 리튬금속 보호층을 개발, 최종적으로 리튬금속 전고체전지의 출력 성능을 높였다. 기술개발을 주도한 이긍종 연구원과 최승호 박사(선임연구원)에 따르면 나노 사이즈 실리콘 분말로 구성된 보호층은 리튬 금속과 실리콘-리튬 합금을 형성해 음극 표면의 덴드라이트 성장을 효과적으로 억제할 수 있음을 확인했다. 또 이번 연구로 개발한 합금 보호층 기술을 제작 공정에 적용해 높은 출력 환경에서의 안전성을 확보, 파우치형 셀 검증을 통해 기술 상용 가능성을 증명했다. 연구 결과는 에너지화학 분야의 저명한 국제학술지인 ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters, IF=19.3) 최신호(8월 발간)에 게재됐다. 유지상 KETI 차세대전지연구센터장(교신저자)은 “전고체전지의 에너지밀도를 높이기 위해서는 리튬금속 음극 적용이 필수적이나, 리튬 덴드라이트 현상은 전지 개발의 큰 걸림돌로 작용해왔다”며 “KETI 연구진이 개발한 리튬금속 보호층 기술은 대면적화가 가능해 전고체전지 성능을 향상하는 핵심 기술이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다. 한편, 연구 성과는 산업통상자원부·한국산업기술기획평가원의 지원을 받은 자동차산업기술개발사업과 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 STEAM 연구사업을 통해 개발됐다.

2024.09.06 11:58주문정

롯데에너지머티, '전고체 배터리' 소재 파일럿 공장 완공

롯데에너지머티리얼즈(대표 김연섭)는 전북 익산2공장에 150억원을 투자해 차세대 전고체 배터리의 핵심 소재인 '황화물계 고체전해질' 생산을 위한 파일럿 공장을 완공했다고 5일 밝혔다. 파일럿 공장은 부지 1천619㎡를 활용해 연산 70톤의 고체전해질을 생산할 수 있는 규모다. 인허가 승인이 마무리되는 이달 말부터 시가동에 들어가 연말에 초도 샘플을 생산할 계획이다. 롯데에너지머티리얼즈가 개발한 황화물계 고체전해질은 차별적 기술 경쟁력으로 ▲고이온전도 입도제어 기술 ▲수분안정성 및 고이온전도 조성 ▲건식·습식 합성 등 다양한 양산 공정개발 능력을 보유한 것이 특징이다. 고체전해질 입자의 크기와 분포를 조절하는 고이온전도 입도제어 기술은 배터리의 충방전 속도와 효율 개선에 기여한다. 수분안정성 조성을 통해서는 황화물계 고체전해질이 수분에 노출돼도 화학적 구조와 성능이 유지돼 배터리 성능이 저하되거나 수명이 단축되는 단점을 극복해준다. 고이온전도 조성으로 리튬 이온이 고체전해질 내에서 빠르고 효율적으로 이동하도록 도와줌으로써 배터리의 충방전 속도는 더욱 향상된다. 황화물계 고체전해질의 합성 기술에 따라 배터리의 성능과 생산비용에 큰 영향을 미치는데 건식·습식 합성 등 다양한 양산 공정개발 능력으로 배터리의 대량 생산 가능성과 생산 비용 절감을 실현해준다. 롯데에너지머티리얼즈는 올해 말까지 시가동 및 안정화 단계를 거쳐 국내외 전고체 전지 관련 기업에 평가용 샘플을 제공할 예정이다. 내년까지 고객사 대상 최종 승인과 제품 공급계약을 확정하면 2026년 연산 1천200톤 규모 생산설비 증설을 시작으로 2027년 본격 양산할 계획이다. 특히 국내 최초로 개발을 완료한 니켈도금박과 연계해 전고체 소재 종합 솔루션을 제공한다는 전략이다. 앞서 롯데에너지머티리얼즈가 개발한 고객 맞춤형 니켈도금박은 니켈 두께와 동박의 강도를 고객사의 요구에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 니켈 표면처리를 통해 활물질과의 접착력이 높고 화학 반응으로 인한 부식과 변색 없이 본래의 성질과 기능을 유지하는 고내식성을 보유한 것이 강점이다. 김연섭 롯데에너지머티리얼즈 대표이사는 “연구소 단계에서부터 고객사로부터 좋은 평가를 받았던 황화물계 고체전해질을 본격적으로 생산할 준비를 마쳤다”며 “전고체용 배터리 소재이자 차세대 배터리 음극 집전체인 니켈도금박과 함께 고객사 세일즈를 통해 전고체 시장에서 소재 선도 기업으로 앞서 나가겠다”고 밝혔다.

2024.09.05 11:11김윤희

닛산 "전고체 배터리, 스포츠카에 적합”…'하이퍼포스' 탑재될 듯

닛산이 개발 중인 전고체 배터리가 스포츠카 모델에 적합하다는 의견을 내놓음에 따라, 현재 개발 중인 전기 스포츠카 '하이퍼포스'에 탑재될 것이란 전망에 힘이 실렸다. 자동차 전문 매체 오토카와는 27일(현지시간) 이반 에스피노사 닛산 글로벌 제품 기획 담당 부사장와의 인터뷰를 보도했다. 인터뷰에서 에스피노사 부사장은 전고체 배터리 활용 분야로 스포츠카를 예로 들었다. 전고체 배터리가 보다 작은 공간에 많은 에너지가 탑재된다는 점을 고려했다. 지난 4월 닛산은 전기차용 전고체 배터리 파일럿 생산 라인을 공개하면서 오는 2028년까지 전고체 배터리가 탑재된 전기차를 선보이겠다고 밝힌 바 있다. 전고체 배터리 기반 스포츠카를 거론하자 오토카는 이에 해당되는 모델로 닛산이 지난해 10월 컨셉카를 공개한 하이퍼포스를 주목했다. 하이퍼포스는 닛산의 스포츠카 GT-R 전기차 모델로서 개발되는 것으로 추정되고 있다. 닛산도 컨셉카 공개와 함께 하이퍼포스에 전고체 배터리가 탑재될 예정이라고 했다. 다만 출시 시점은 2030년으로 언급했다. 닛산은 픽업트럭 등 다양한 차종에 전고체 배터리를 탑재한다는 계획이다. 에스피노사 부사장은 전고체 배터리 탑재 차량 출시 초기에는 다소 가격이 비쌀 수 있다고 했다.

2024.08.28 10:50김윤희

롯데에너지머티, 전고체 배터리용 동박 개발 완료

롯데에너지머티리얼즈(대표 김연섭)는 전고체 배터리용 니켈도금박 개발을 완료했다고 27일 밝혔다. 니켈도금박은 전해동박 양면에 니켈을 도금한 차세대 소재다. 황화물계 전고체용 배터리의 전극 집전체로서 우수한 전기 전도성, 부식에 강한 것이 특징이다. 롯데에너지머티리얼즈는 이 제품의 니켈 두께와 동박의 강도를 고객사 요구에 따라 조절할 수 있다고 강조했다. 니켈 표면처리를 통해 활물질과의 접착력이 높고 화학반응으로 인한 부식과 변색없이 본래의 성질과 기능을 유지하는 고내식성도 보유하고 있다고 덧붙였다. 일반적으로 리튬이온 배터리에는 현재 수준의 동박을 사용할 수 있다. 황화물계 전고체 배터리에는 황에 의해 동박이 부식되기 때문에 스테인리스(SUS), 니켈박, 니켈도금박 등이 필수적이다. SUS, 니켈박은 단가가 높아 원가경쟁력이 떨어져 기존 동박 양면에 도금하는 형태인 니켈도금박이 황화물계 고체전해질 배터리 소재로 주목받고 있다. 롯데에너지머티리얼즈는 니켈도금박 개발 초기부터 국내 배터리사와 협업해 전고체 배터리 공정에 최적화된 제품을 개발했다고 밝혔다. 특히 황화물계 고체전해질의 진입 장벽인 황에 의한 동박의 부식 및 경제성 문제를 극복한 것을 주요 성과로 꼽았다. 롯데에너지머티리얼즈는 국내 주요 고객사들과 니켈도금박 샘플 평가를 진행하고 있다. 추가로 활물질과의 접착력을 확보하기 위해 다양한 형태의 니켈 표면처리 연구도 병행하고 있으며, 향후 수주 단계에 이르면 별도 시장과 소통한다는 계획이다. 김연섭 롯데에너지머티리얼즈 대표는 “동박 산업은 업력뿐만 아니라 기술력, 자본력, 고객과의 바인딩 등 다양한 영역이 복합적으로 필요한 시장으로 후발주자가 진입하기 쉽지 않다”며 “당사는 축적된 기술력으로 차세대 동박 시장 주도권을 확보해 미래 먹거리 산업을 선점해 나가겠다”고 밝혔다.

2024.08.27 08:32김윤희

GIST-LG에너지솔루션-KETI, 화재없는 차세대 배터리 기술 개발

LG에너지솔루션과 GIST-KETI가 화재 위험이 거의 없어 꿈의 배터리로 불리는 '전고체 배터리' 신기술을 개발했다. 이 전고체 배터리는 양극과 음극 사이 액체 전해질을 고체로 대체하는 기술이다. 화재 및 폭발 위험도를 크게 낮출 수 있는 반면, 에너지 밀도는 극대화할 수 있다. 연구는 GIST 에너지융합대학원 김상륜 교수 연구팀과 LG에너지솔루션 연구팀, 한국전자기술연구원(KETI) 차세대전지연구센터가 공동으로 진행했다. 이들은 기존 아지로다이트(은, 게르마늄, 황이 결합된 희귀광물) 구조의 황화물계 고체 전해질이 갖고 있던 한계(불안정한 반응 등)를 극복했다. 고전압, 고전류에서도 우수한 안정성으로 구동된다. 연구팀은 "NCM(니켈, 코발트, 망간)/Li(리튬)을 양극재와 음극재로 사용하는 전고체 배터리의 고체 전해질을 제공할 수 있을 것"으로 기대했다. 수소화-황화물계 고체전해질을 통해 이 기술을 NCM/Li 전고체 배터리에 적용한 결과, 고전류 밀도에서 200회 충, 방전 후에도 쿨롱 효율이 100%에 근접하는 가역적인 방전용량을 나타냈다. 쿨롱 효율(Coulomb efficiency)는 전기화학적 장치에서 전기에너지를 화학에너지로 변환하는 효율을 나타내는 값이다. 김상륜 교수는 “향후 수소화물을 활용한 전고체 배터리뿐만 아니라 리튬이온 배터리, 소듐이온 배터리, 포타슘이온 배터리 등 의 차세대 배터리 기술 개발에 적용할 수 있을 것"으로 기대했다. 연구는 LG에너지솔루션이 지원하는 산학 공동연구 사업과 한국연구재단의 개인기초연구, 민군협력진흥원의 민군겸용기술개발사업의 지원을 받았다. 연구성과는 재료과학 분야 저명 국제학술지'ACS 에너지 레터스'에 (현지시간 8월21일)온라인으로 실렸다.

2024.08.22 21:53박희범

'꿈의 배터리' 전고체 상용화 박차…소재 개발 성과 가시화

리튬이온 배터리의 한계를 뛰어넘을 것으로 기대돼 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리 상용화를 위해 업계가 연구개발(R&D)에 박차를 가하고 있다. 최근 들어 배터리셀사 외 소재 기업에서도 전고체 배터리 관련 사업에서 성과를 내는 등 기대감이 커지고 있다. 전고체 배터리는 기존 액체 형태 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 배터리다. 액체 전해질을 사용하는 것보다 에너지 밀도와 안정성을 높이고, 외부 충격에 따른 재료 누출이 없어 폭발 위험을 현저히 줄일 수 있다. 22일 업계에 따르면 에코프로, 엘앤에프, 롯데에너지머티리얼즈 등 배터리 소재 기업들이 전고체 소재 개발에 가시적인 성과를 내고 있다. 엘앤에프는 지난 14일 발표한 반기보고서 중 연구개발 활동에 '고용량 전고체 배터리셀용 8mAh/cm2급 대면적 전극 기술개발'을 추가했다. 앞서 등록돼 있던 '전고체전지용 6mAh/cm2 이상급 고성능 양극 전극 제조기술 개발' 외 전고체 배터리 관련 연구개발 활동이 추가됐다. 엘앤에프 관계자는 “전고체 전지 관련 개발을 오랫동안 지속해왔다”며 “개발이 잘 돼 사업 가시성이 높아진 상태”라고 설명했다. 에코프로비엠도 연구개발 활동에 '고이온전도성 고체전해질 개발'을 명시하고 있다. 회사는 지난 2022년 황화물계 고체 전해질 개발에 착수하고, 원재료인 황화리튬 개발 및 상용화를 위해 이수화학과 업무협약(MOU)을 맺은 바 있다. 롯데에너지머티리얼즈도 황화물계 고체 전해질 사업을 준비하고 있다. 회사는 이달 익산2공장에 파일럿 라인을 완공해 내달 시가공을 시작할 예정이다. 현재 국내외 고객사 4곳에 샘플 평가를 받고 있다. 롯데에너지머티리얼즈 관계자는 “차세대 전기차 배터리 소재로 고체 전해질, LFP 양극 활물질실리콘 음극재 등이 언급되면서 일찍이 연구개발을 해왔다”고 했다. 전고체 배터리는 기술적 난이도가 높아 상용화 시점을 가늠하기 어려울 것으로 예상돼왔으나, 최근 들어 배터리셀 업체들이 수 년 뒤 상용화가 가능할 것이란 전망을 내놓고 있다. 삼성SDI가 전고체 배터리 양산 시점을 2027년으로 밝혔고, LG에너지솔루션은 2030년경으로 예상하고 있다. 글로벌 시장 점유율 1위인 CATL은 2027년부터 전고체 배터리 소량을 양산할 수 있을 것으로 봤다. 중국은 전고체 배터리 산학연 협동 혁신 플랫폼(CASIP)을 올초 출범해 2030년까지 전고체 배터리를 양산하는 것을 목표로 하고 있다. 일본 자동차 기업인 토요타도 2027년 전고체 배터리를 출시하겠다고 밝힌 바 있다.

2024.08.22 08:58김윤희

中 5위 배터리社 "전고체 배터리, 200도씨 테스트 완료"

중국 상위권 전기차 배터리 기업이 전고체 배터리 기술 안전 검증을 마무리했다. 21일 중국 전기차 언론 디이뎬둥에 따르면, 중국 고션하이테크가 최근 열린 투자자 행사에서 전기차용 전고체 배터리 준비와 기본 성능 검증을 완료했다고 밝혔다. 이 회사는 엄격한 200도씨의 열 박스 테스트를 성공적으로 통과해 고연비와 높은 안전성을 가진 배터리 시스템을 제공할 수 있게 됐다고 설명했다. 고션하이테크는 지난 5월 전고체 기술을 채용한 '진스 배터리'를 공개했다. 에너지밀도가 350Wh/kg이며, 이는 주류 삼원계 리튬 배터리 대비 40% 이상 높은 것이다. 고션하이테크의 전고체 배터리는 황화물 전해질 방식을 택했다. 아지로다이트(은과 게르마늄을 함유한 희귀 황화물 광물) 구조를 기반으로 마이크로 나노화 처리를 통해 전해질의 전도성을 10mS/cm 이상으로 높였다. 30Ah 전고체 배터리는 에너지 밀도 350Wh/kg, 부피 에너지 밀도 800Wh/L을 달성할 수 있으며, 배터리 시스템은 3천 회 이상 사이클이 가능하다. 중국에서는 이미 유수 배터리 기업이 전고체 배터리 개발 완료 단계라며 양산을 선포했다. CATL은 2027년 전고체 배터리를 소량 생산하겠다고 밝힌 데 이어, 또다른 전기차 배터리 기업인 썬워다도 2026년 양산하겠단 계획을 공개한 바 있다. 상하이자동차그룹은 공장 입지 선정도 마치고 생산을 준비하고 있으며 GAC는 2026년 양산 및 자사 전기차에 탑재하겠다고 선언했다. 중국자동차동력배터리산업혁신연맹에 따르면, 올해 1~6월 중국 전기차 배터리 설치 순위 기준 CATL(46.38%), BYD(25.10%), CALB(6.87%), 이브에너지(4.21%)에 이어 고션하이테크는 3.56%로 5위를 차지했다.

2024.08.22 08:23유효정

'전기차 포비아'와 '캐즘' 빠진 배터리…"소재에 답이 있다"

"전고체 배터리가 화재 안전성 문제를 줄여주긴 하지만, 황화물계 전고체의 경우 황화수소가스가 발생하는 문제가 있는데 어떻게 생각하시나요." 화학경제연구원이 9일 FKI타워에서 개최한 '제2회 배터리 소재 및 미래기술 전망 세미나'에서 한 청중이 이같은 질문을 던졌다. 전고체 배터리는 인화성 액체 전해질을 고체 전해질로 대체해 화재 발생 가능성을 줄여준다. 하지만 황화물계 전고체 배터리의 경우 황이 물과 반응하면 유독가스인 황화수소(H2S)가 발생할 수 있다는 문제를 안고 있다. 산화물계는 재료 안정성이 높고 다루기 쉽지만, 전극 재료와 고체전해질 사이 계면 저항 문제가 크다. 이 때문에 대부분 배터리 제조 기업들이 액체 전해질에 준하는 이온전도도를 가진 황화물계 전고체 배터리를 개발 중이다. ■ 꿈의 배터리 '전고체'도 약점 있어..."가격·독성가스 문제 해결해야" 이같은 질문에 이정두 한국산업기술기획평가원 이차전지PD는 "수조탱크를 청소하다 돌아가시는 분들이 황화수소 때문"이라며 "조금만 노출되도 인체에 유해하기 때문에 그런 부분을 인지하고 있고 어떻게 대기중으로 더 빨리 거내는지에 대한 개발이 이뤄지고 있다"고 말했다. 이동욱 에코프로비엠 이사도 전고체 배터리 개발 방향성을 언급했다. 이 이사는 "황화물계 고체 전해질은 매우 취약한 수분 안정성이 개선돼야 한다"며 "또 수분과 만나면 H2S가 나오기 때문에 전고체 전지를 장착한 전기차가 과연 안전한가에 대해서는 사실 우리가 많이 고민을 해봐야 하는 부분이 있다"고 말했다. 이어 "H2S의 경우 물에 접촉되면 (사람이)가스에 노출될 가능성이 있는데 화재와 무관하게 가스 중독 문제가 생길 수 있다"며 "향후에는 고체 전해질을 썼을 때 H2S를 어떻게 제어하느냐가 큰 화두가 될 것"이라고 답했다. 독성가스 문제 외에도 양산성(경제성) 문제도 해결해야 한다. 이날 '설폰 유기결정 전해질 적용 전고체 전지 개발 현황'을 주제로 발표한 이호춘 솔리텍 대표는 가격 장벽에 대해 언급했다. 그는 "전기차에 전고체 배터리를 탑재하면 기존 리튬이온배터리를 황화물계 전고체 배터리로 바꾼다하면 1억원짜리 전기차가 최소 2억~3억원으로 비싸질 것"이라며 "하지만 새로운 고체 전해질 크리스털라이트는 10% 수준 가격 상승만 예상된다"고 강조했다. 크리스털라이트는 솔리텍에서 개발한 고체 전해질로 녹는 점이 60~90도다. 황화물계처럼 돌멩이 두 개를 큰 압력으로 붙일 필요도, 다른 물질처럼 엄청 높은 온도로 가열할 필요도 없다. 90도 정도로 가열되면 액체 상태가 되지만 액체 상태일 때도 난연 성질이 유지된다는 것이 이 대표의 설명이다. 이 대표는 "고체 전해질 리튬 버전과 소듐 버전 등 다양한 가능성이 열려있다"며 "또 기존 액체 전해질-이차전지 제조 공정을 그대로 적용할 수 있고 원재료가 비싸지 않아 가격 경쟁력이 우수하다"고 부연했다. 그는 2025년 전기차용 전기체 전지를 개발하고 2027년 제품을 양산하는 것을 목표로 한다고 밝혔다. ■ 양극재 업계 캐즘 극복법…SIB로 ESS·납축전지 시장 공략 전기차 캐즘(일시적 수요 둔화)로 전방 산업이 둔화되자 배터리 소재 업계는 투자 속도 조절에 들어가는 등 실적이 주춤하는 상황이다. 양극재 기업 에코프로비엠은 에너지저장장치(ESS)와 납축전지 시장에서 새로운 기회를 모색 중이다. 이동욱 이사는 "소튬이온배터리(SIB)는 저온 효율과 급속 충전이 장점이지만, 에너지밀도 개선이 필요하다"며 "낮은 작동전압을 해결해야 하지만, 리튬이온 양극재 생산설비를 그대로 쓸 수 있는 것이 큰 장점"이라고 역설했다. 이어 "LFP 배터리 생산라인을 만들려면 수천억원 투자가 필요한데 지금같이 어려운 시기 충분히 생각해볼 수 있는 대안"이라며 "낮은 수명 개선을 위한 구조안정화가 숙제지만, LFP 전철을 밟지 않기 위해서는 관심가 개발이 필요하다"고 말했다. 에코프로비엠은 SIB 적용 ESS와 납축전지 시장도 바라보고 있다. 이동욱 이사는 "중국에서는 이미 SIB ESS 가동을 시작했으며, LFP와 소듐(나트륨)이온 배터리가 향후 크게 경쟁할 것으로 예상된다"며 "2025년 이후 본격 양산을 시작하면 LFP 배터리 가격의 83% 수준의 경쟁력이 있다고 판단한다"고 주장했다. 이어 "이륜차 삼륜차를 많이 사용하는 동남아와 인도 시장을 노리고 있다"며 "납축전지 대비 SIB가 에너지 밀도 수명 등에서 성능이 우위에 있으며 가격 경쟁력도 충분하다"고 강조했다. 박홍규 LG화학 상무는 캐즘 대응 방법으로 소비자 구매력 향상과 제품 경쟁력 강화, 무엇보다 충전 인프라 확보가 필요하다고 지적했다. 그는 "과거 마차에서 내연차로 넘어갈 때 인프라가 없어서 캐즘이 지속됐듯이 인프라가 확충돼야 근본적인 가격을 떨어뜨릴 수 있다"고 부연했다. ■ "전기차 전환 명분은 탄소 저감…사용 후 배터리 시장 대비해야" 이날 세미나에서는 향후 사용 후 배터리 시장이 중요해질 것에 대비해야 한다는 제언도 있었다. 이정두 한국산업기술기획평가원 이차전지PD는 "내연기관에서 전기차 전환 움직임이 있었던 것은 탄소 저감을 위해서였다"며 "모든 산업에 있어 친환경 기술이 임베디드가 돼야 한다"고 했다. 그러기 위해 사용 후 배터리는 '폐기물'이 아닌 '제품'으로서 인정받아야 한다는 점을 강조했다. 이정두 PD는 "제품이 된다는 것은 가격이 형성되고, 책정되고 또 유통이 된다는 것"이라며 "그러기 위해서는 재사용이 안전한지에 대한 진단과 검사가 필요하다"고 했다. 이동욱 에코프로비엠 이사도 "결국 10년 뒤 20년뒤 사용 후 배터리가 쏟아져 나올 때를 대비해 클로즈드 루프(양극 소재 밸류체인)가 중요하다"며 "양극재 가격 경쟁이 치열한데 조금이라도 재료원가를 줄이는 방법이 리사이클 재료를 활용하는 것도 하나의 방법"이라고 했다. 이어 "리사이클 시장은 전기차 시장 성장 추세를 10년 후행한다"며 "2030년 배터리 셀 수요가 5.5TWh 정도 되는데 향후 2040년 쏟아질 폐배터리를 어떻게 활용하는지가 매우 중요한 화두가 될 것"이라고 강조했다.

2024.08.09 17:42류은주

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