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삼성SDI, 불황에도 투자 곳간 푼다…전고체·46파이 개발 집중

지난해 국내 배터리셀 3사 중 상대적으로 투자에 보수적이었던 삼성SDI가 전방 시장이 둔화된 올해 투자에 적극 나서고 있다. 현재 일시적인 수요 정체(캐즘) 시기를 지나 중장기적으로는 시장이 급성장할 것이란 전망 하에 미래 성장 동력을 선제적으로 확보한다는 전략이다. 삼성SDI는 30일 2분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 올해 상반기 투자액이 전년 동기 대비 두 배 이상이라며, 전고체 배터리나 지름 46mm 원통형 배터리인 '46파이' 등 중심의 투자를 지속 추진한다고 밝혔다. 전년 동기 대비 분기 실적이 두 자릿수 이상 하락했음에도 투자 계획을 유지하기로 한 것이다. 삼성SDI는 2분기 연결 기준 잠정 실적으로 매출 4조 4천501억원, 영업이익 2천802억원을 기록했다고 밝혔다. 전년 동기 대비 매출은 23.8%, 영업이익은 37.8% 하락한 수치다. 김윤태 삼성SDI 경영지원실 상무는 "배터리 사업의 중장기 성장성에는 변화가 없다고 본다"며 "올해는 헝가리 법인 증설과 미주 스텔란티스와의 합작(JV) 1공장 건설 등 확보된 수요 대응과 전고체 배터리, 46파이 배터리 등 중장기 성장을 위한 필수적 투자를 집행하고 있어 계획에 큰 변동이 없다"고 말했다. 다만 "단기적 전기차 수요 약세 지속과 OEM들의 전동화 전략 변화도 감지된다"며 "시장 변화를 적극적으로 모니터링해 시장에 맞춘 최적의 투자 결정을 할 것"이라고 덧붙였다. 차세대 배터리로 공을 들이고 있는 전고체 배터리의 경우 하반기엔 생산 공법 확정과 더불어 일부 시설 투자도 진행할 계획이다. 손미카엘 삼성SDI 중대형전지 전략마케팅실장은 "2분기 들어 기존 고객 외 글로벌 프리미엄 OEM의 추가 요청으로 샘플을 공급해 성능 평가를 진행하고 있고, 개발 로드맵 상 목표한 성능 수준도 확보했다"며 "배터리 크기와 용량을 확대해 다음 단계 샘플을 생산 및 공급하고, 제품 양산을 위해 고객과 프로젝트 논의를 보다 구체화해나갈 계획이 있다"고 했다. 46파이 배터리의 경우 최근 마이크로모빌리티 관련 프로젝트를 수주해 내년 초 양산을 개시할 계획이다. 조한재 삼성SDI 소형전지사업부 전략마케팅팀장 부사장은 "비록 전기차 프로젝트는 아니지만 양산 시점을 기존 목표보다 1년 앞당겨 양산 능력과 제품 경쟁력을 시장에서 빨리 입증할 수 있게 됐다"며 "주요 OEM들과도 논의를 활발히 진행해오고 있어 전기차용으로도 단기간 내에 가시적 성과를 낼 것으로 기대한다"고 밝혔다. 삼성SDI는 캐즘이 길어지고 있는 전기차 시장에 대응해 중저가 모델용 제품과 전기차 과도기 속 인기가 높아진 플러그인하이브리드차(PHEV)용 배터리 공급을 준비 중이다. 손미카엘 실장은 "보급형 전기차 수요 증가에 대응하기 위해 코발트프리(NMX), 리튬인산철(LFP) 양극재를 활용한 플랫폼을 준비해왔다"며 "하반기 중 플랫폼 개발을 완료해 2026년 양산을 목표로 고객들과 구체적 논의 및 수주 활동을 진행 중"이라고 언급했다. PHEV 관련 신규 프로젝트 요청도 증가하고 있다고 덧붙였다. 삼성SDI는 최근 새 성장 동력으로 꼽히는 에너지저장장치(ESS) 산업에서 미국 최대 전력 기업인 넥스트에라에너지에 대규모 ESS 배터리 납품 계약을 체결하는 등 성과를 내고 있다. 손미카엘 실장은 "중국산 저가 제품이 점유율을 확대해왔으나 지정학적 리스크 등 우려가 커지면서 자사 제품 비즈니스 기회가 북미에서 확대되고 있다"며 "기존 제품인 SBB 용량 확대와 더불어 고품질 LFP 제품을 준비하고, 사업 확대를 위한 글로벌 현지 생산 거점 확보 등 다양한 전략을 검토 중"이라고 말했다. ESS 시장은 특히 최근 빅테크 기업의 기술 경쟁이 치열한 인공지능(AI) 데이터센터 관련 수요도 증가하는 추세다. 삼성SDI는 이와 관련된 ESS 배터리 납품 성과도 쌓았다고 강조했다. 윤경호 삼성SDI 전자제조사업부 상무는 "2030년까지 AI 관련 전력 소비량이 3배 이상 확대될 것으로 전망됨에 따라 전력 안정화를 위한 ESS와 데이터센터 필수 인프라인 무정전전원장치(UPS) 수요도 급증할 것"이라며 "SBB와 UPS를 활용해 대형 전력 회사들과 긴밀히 협력하고 있고 이미 내년, 내후년 물량까지 상당 부분 확보돼 있다"고 했다.

2024.07.30 13:59김윤희

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

日 TDK, 에너지밀도 100배 높인 전고체 배터리 신소재 개발

일본 전자부품 제조기업 TDK가 전고체 배터리용 신소재 개발 소식을 알리자 애플워치 등에 전고체 배터리 탑재 가능성이 제기된다. TDK는 애플 배터리 공급업체다. 17일(현지시간) CNBC 등에 따르면 TDK는 에너지 밀도가 1리터당 1천 와트시(Wh)에 달할 소형 전고체 배터리용 신소재 개발에 성공했다고 밝혔다. 이는 TDK의 기존 대량 생산 전고체 배터리 에너지 밀도보다 약 100배 높은 수준이다. 산화물 기반 고체 전해질과 리튬 합금 양극을 사용한 올 세라믹 소재로 생산될 것으로 예상된다. 전하를 저장하는 배터리 용량이 높기 때문에 장치 크기를 줄이고 작동 시간을 늘릴 수 있다는 것이 회사 측의 설명이다. 무선 이어폰, 보청기, 스마트워치 등 인체와 직접 접촉하는 다양한 장치에 활용될 수 있다고도 부연했다. TDK는 내년부터 새로운 배터리 시제품 샘플을 고객들에게 배송할 계획이다. 일각에서는 TDK가 애플을 고객사로 두고 있기에 애플워치나 에어팟 등에 전고체 배터리가 탑재될 가능성도 거론되고 있다. 다만, TDK의 신소재는 세라믹 소재로 깨지기 쉬워 자동차나 스마트폰용 배터리 생산에는 적합하지 않아 대형 배터리 제조에는 한계가 있다.

2024.06.18 11:26류은주

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

中, 전고체 배터리 개발에 1조 쏟아 붓는다

중국 정부가 전기차를 위한 전고체 배터리 개발을 지원한다. 29일 중국 언론 중궈르바오에 따르면, 중국이 전고체 배터리 개발에 60억 위안(약 1조 1천309억 원)을 투자해 CATL, BYD, 이치자동차, 상하이자동차, 지리자동차, 그리고 전고체 배터리 회사인 웨이란신넝위안 등 6개 기업의 기초 연구 개발을 지원할 예정이다. 이 프로젝트가 추진되면 중국 정부가 전고체 배터리 연구개발에 대규모 재정 지원을 제공한 첫 사례가 된다. 이 프로젝트는 자격을 갖춘 기업이 전고체 배터리 관련 기술에 관한 연구개발을 수행하도록 지원한다. 엄격한 심사를 거쳐 최종적으로 폴리머 및 황화물 등 여러 기술 방식에 초점을 맞춘 7개의 주요 프로젝트로 나뉘었다. 업계에서는 정부의 지원에 더해 기업 매칭 펀드 및 외부 자본 투자가 결합되면서 전고체 배터리 연구개발이 속도를 낼 것으로 보고 있다. 전고체 배터리는 기존 액체 리튬 배터리와 달리 고체 전해질을 사용해 높은 안전성, 높은 에너지 밀도 및 온도 적응성을 지닌다. 전기차 산업 구조를 뒤흔들 기술로 평가된다. 이에 중국에서는 최근 전고체 배터리 연구개발 및 양산 경쟁이 치열한 상황이다. 4월 11일 중국과학원 칭다오 바이오에너지과정연구소가 황화물 전해질 연구에서 진전을 이뤘다. 연구진은 20Ah 황화물 전고체 배터리 성형 생산라인 구축을 준비하고 있으며 2026년 황화물 전고체 배터리 생산을 계획하고 있다. 이튿날 중국 자동차 기업 GAC도 2026년 하이퍼 모델에 탑재할 전고체 배터리 기술을 발표했다. 이어 4월 28일엔 CATL의 우카이 수석 과학자가 2027년 저녹체 배터리 소량 생산 목표를 밝혔으며, 지난 달 24일엔 상하이자동차가 폴리머-무기 복합 전해질 기술 기반 전고체 배터리 양산 일정을 내놨다. 상하이 자동차의 전고체 배터리 생산라인 건설 프로젝트는 이미 시작됐으며 올해 3분기 착공한 이후 내년 완공돼 2026년 양산에 돌입한다.

2024.05.30 08:56유효정

中 상하이자동차 "2026년 전고체 배터리 양산"

중국 상하이자동차(SAIC)가 전고체 배터리 양산과 신차 탑재 일정을 공개했다. 25일 중국 언론 중관춘짜이셴에 따르면 상하이자동차는 2026년 전고체 배터리 양산을 시작하겠다고 밝혔다. 전고체 배터리는 높은 에너지 밀도, 빠른 충전 속도와 우수한 안전성 등 장점을 기반으로 기존 액체 기반 배터리 대비 성능과 신뢰성이 높다는 평가를 받는다. 전일 상하이자동차는 '상하이자동차그룹신재생에너지기술발표회'에서 ▲1단계 액체 함량 10% ▲2단계 액체 함량 5% ▲3단계 액체 함량 0% 순으로 3단계에 걸쳐 이뤄질 전고체 배터리 양산 계획을 공개했다. 액체 함량 10%인 1단계 제품은 이미 상하이자동차의 '즈이 L6'에 탑재됐다. 이어 액체 함량 5%인 2단계 제품은 내년 부터 양산되며 상하이자동차의 다른 전기 및 하이브리드 모델에 탑재된다. 이어 액체가 들어있지 않은 100% 고체 배터리를 2026년 양산하겠다는 게 상하이자동차의 목표다. 이 배터리가 탑재된 이 회사의 '즈이' 시리즈 신차가 2027년 출시 예정이다. 상하이자동차의 전고체 배터리는 폴리머-무기 복합 전해질 기술에 기반해 만들어지며, 첫 전고체 배터리 생산라인 건설 프로젝트가 이미 시작돼, 내년 완공된다. 1기 공장의 생산능력은 0.5GWh이며, 1단계 상품의 에너지 밀도가 400WH/kg 이상, 2단계 상품의 에너지 밀도가 500Wh/kg 이상이다. 상하이자동차는 고체 배터리뿐 아니라 에너지 폐쇄루프, 고효율 파워트레인, 지능형 섀시, 풀스택 소프트웨어 아키텍처 및 신규 전자 아키텍처 등 기술 등 기반 기술을 전면 업그레이드할 것이라고도 밝혔다.

2024.05.27 07:01유효정

中 CATL "2027년 전고체배터리 소량 생산"

중국 배터리 기업 CATL이 전기차용 전고체 배터리 양산 시기를 최소 3년 이후로 봤다. 28일 중국 언론 졔몐신원에 따르면 CATL의 우카이 수석과학자는 이날 CIBF 선진배터리첨단기술토론회에 참석해 "CATL의 목표는 2027년에 전고체 배터리 소량 생산을 할 수 있는 수준에 이르는 것"이라고 밝혔다. CATL이 전고체 배터리 양산 시기를 공개적으로 밝힌 것은 이번이 처음이다. 전고체 배터리는 기존 액체 리튬 배터리와 달리 고체 전해질 소재를 사용하는데, 높은 안전성과 에너지 밀도, 높은 전력 및 온도 적응성을 가져 차세대 배터리 기술로 꼽힌다. CATL의 전고체 배터리 기술 수준이 3년 이내 완성 수준에 근접하도록 하는 것이 목표라는 것이 그의 설명이다. 그는 "만약 기술과 제조 성숙도로 평가한다면, CATL의 전고체배터리 연구개발 수준은 1~9점 중 4점 수준"이라며 "2027년 7~8점 수준에 이르는 것이 목표"라고 전했다. 대량 생산을 위해서는 원가 등 문제가 있다고 시인했다. 우 수석과학자는 현재 전고체 배터리 전해질의 후보인 폴리머, 산화물, 황화물 등 세 가지 중 어느것도 완벽하지 않다고 평가했다. 황화물이 빠르게 발전하고 있어 가장 먼저 양산될 가능성이 높고, CATL이 R&D에 투자하고 있는 분야다. 토요타 역시 황화물을 선택해 기술을 개발하고 있다. 그에 따르면 황화물 전해질은 전도성이 높고 가공성이 좋지만 물에 노출되면 유독가스가 발생하고 생산 및 준비 과정도 복잡해 비용이 많이 든다. 다만 전고체 배터리에 대한 기대감은 표했다. 우 수석과학자는 "현재 액체 리튬 배터리의 에너지 밀도가 350Wh/kg에 달하지만 이를 더 높이는 것은 어렵다"며 "전고체 배터리의 에너지밀도는 500Wh/kg에 이를 것"이라고 봤다. 앞서 CATL의 청위췬 회장도 올초 고체 배터리에 대한 생각을 밝히며 "전기차 고체 배터리 상용화에는 아직 수 년의 시간이 걸릴 것"이라며 "발전을 저해하는 여러 요소가 있다"고 언급했다. 그럼에도 청 회장은 고체 배터리를 지지하는 입장이라며 10년 간 관련 영역에 투자해왔다고 부연했다. 고체 배터리의 최근 기술은 아직 충분치 않으며 내구성과 안전 문제가 있다는 게 그의 생각이다. 그가 제기한 상용화시 문제점은 재료, 충전 및 방전 중 리튬 부풀음, 사고시 안전 문제 등이다. 재료의 경우 순수한 리튬 금속을 양극 전극으로 사용하는 사용하는 경우에야 큰 이점이 있지만 아직 이러한 화학물질의 시장 출시가 어렵다는 점이 문제다. 리튬이 부푸는 문제는 배터리 손상을 가져오고 배터리 수명을 단축시켜 충전 주기가 10회 정도 밖에 되지 않는다. 자동차 사고로 배터리가 파열될 경우 리튬이 공기 중 습기와 반응할 수 있다는 문제도 있다. CATL은 대학 등과 광범위하게 협력하고 있으며, 천 명에 가까운 인력으로 전고체 배터리 및 신규 시스템 배터리 개발을 추진하고 있다고 밝혔다.

2024.04.29 08:32유효정

LG화학, 美 팩토리얼에너지와 전고체 배터리 동맹

LG화학이 전고체배터리 소재 개발을 위해 미국 배터리 전문 업체 팩토리얼에너지와 손잡았다. 전고체 배터리는 전해질을 고체로 대체했기 때문에 폭발이나 화재 위험성을 획기적으로 줄여 '꿈의 배터리'라 불린다. 국내외 배터리 기업들이 차세대 배터리로 낙점하고 개발이 한창이다. 24일(현지시간) 일렉트렉 등에 따르면 LG화학과 팩토리얼에너지가 전고체 배터리 소재 개발을 가속화하기 위한 양해각서(MOU)를 체결했다. 프로젝트가 성공적으로 완료되면 양사는 전략적 파트너십을 유지하기 위해 기술 라이선스와 재료 공급에 대해 추가 논의하기로 합의했다. 팩토리얼에너지는 전고체 배터리를 개발 중인 스타트업이다. 앞서 메르세데스-벤츠, 스텔란티스, 현대기아차 등 글로벌 자동차 업체들과 공동 개발 계약을 맺었다. 황시유 팩토리얼 최고경영자(CEO)는 “긴밀한 공급망 파트너십이 이러한 전환을 가속화하는 데 도움이 될 것이라고 믿는다"며 "LG화학과 함께 전기 자동차의 미래를 여는 핵심 전고체 배터리 기술 개발을 추진하고 있다"고 말했다. LG화학은 본업인 양극재 사업 외에도 분리막, 도전재, 바인더 등 다양한 배터리 소재를 생산하고 있으며, 차세대 변화에 대응하기 위해 퓨어 실리콘 음극재, 전고체 배터리 전해질 등 신소재 R&D를 적극 추진하고 있다. 이종구 LG화학 최고기술책임자(CTO)는 “이번 협력을 통해 차세대 배터리 분야 기술 리더가 될 것”이라며 “팩토리얼의 차세대 배터리 분야 축적된 경험과 LG화학의 우수한 소재 기술력을 통해 전고체 소재 확보가 기대된다”고 했다.

2024.04.25 10:38류은주

삼성SDI, '세계 전기차 학술대회·전시회' 참가

삼성SDI는 23일부터 나흘간 서울 강남구 코엑스에서 개최되는 제37회 세계전기자동차 학술대회 및 전시회(EVS37)'에 참가해 전세계 석학들에게 미래 전기차용 배터리 기술을 선보인다고 밝혔다. EVS는 1969년부터 글로벌 전기차 업계 및 학계의 연구진이 한데 모이는 전시회로 '세계 전기차 올림픽'으로도 불린다. 한국에서는 2002년(부산), 2015년(경기도 고양) 개최 이후 올해 세 번째로 열린다. 2015년에 이어 두 번째로 참가하는 삼성SDI는 지난 전시보다 규모를 2배 확대한다. 오는 2027년 양산을 목표로 하고 있는 전고체 배터리와 9분 초급속 충전, 20년 이상 초장수명 특성 등 미래 전기차 시장을 선도할 혁신 기술들을 대거 전시하고 '초격차 기술력'을 강조한다. 특히 전고체 배터리를 부스 전면에 내세워 삼성SDI의 무음극 기술과 에너지 밀도(900Wh/L) 등 특장점과 양산 로드맵을 전시했다. 전기차 대중화의 핵심 기술로 꼽히는 초급속 충전과 초장수명 기술도 공개한다. 삼성SDI는 9분 만에 80%까지 충전이 가능한 초급속 충전 기술을 2026년, 20년간 사용 가능한 초장수명 배터리 기술을 2029년 양산 목표로 개발할 계획이다. 올해 행사의 주요 주제 중 하나인 열폭주 현상 관련해 삼성SDI의 열확산 방지 솔루션도 주목된다. 충격이나 화재로 인한 고열과 가스 발생시 각형 배터리의 벤트(배출구)로 빠르게 배출하여 배터리 간 열 전파를 최소화하는 기술이다. 이 외에도 삼성SDI는 46파이 등 신규 제품 라인업과 에너지 밀도는 높이고 비용은 줄인 셀투팩(CTP) 등 배터리 기술력도 공개할 예정이다. 최윤호 삼성SDI 대표이사 사장은 "전고체 배터리와 초급속 충전, 초장수명 특성 등 미래 배터리 핵심 기술 확보를 위한 노력이 순조롭게 진행중"이라며, "삼성SDI의 초격차 기술력을 바탕으로 향후 글로벌 전기차 시장을 선도해 나갈 것"이라고 말했다. 부스 한편에는 삼성SDI의 ESG 경영 내용도 전시된다. 해당 공간에서는 2차전지 업계 최초로 인증받은 탄소발자국 내용과 RE100 실천 계획 등 지속가능한 기술 발전을 고민하는 삼성SDI의 노력을 확인할 수 있다.

2024.04.23 08:31김윤희

KETI, 전고체전지 차세대 양극 기술 개발 성공

한국전자기술연구원(KETI·원장 신희동)은 전고체전지의 에너지·출력 특성을 개선하는 건식 전극용 첨가제 기술을 개발하고 연구 결과를 국제 저명 학술지에 게재했다고 17일 밝혔다. 전고체전지는 기존 리튬이온전지의 양극과 음극 사이를 채우고 있는 액체 전해질을 고체로 바꾼 전지다. 폭발 위험이 없어 안전하면서도 기존 전지보다 에너지 밀도가 높아 국제적으로 기술 상용화를 위한 원천 기술 확보의 경쟁이 치열하다. 전고체전지에 적용할 수 있는 건식 전극은 습식 제조할 때 쓰는 용매를 사용하지 않아 양극과 음극 활물질층을 두껍게 쌓아 올린 '후막 전극' 구현이 가능하지만, 높은 압력으로 인해 전극 내 기공이 발생해 에너지 밀도가 낮아지는 문제점을 해결해야 하는 게 관건이었다. KETI 차세대전지연구센터(센터장 유지상)는 건식 전극의 제조 공정에서 입도(입자의 크기)가 제어된 리튬염(LiPO2F2) 소재 첨가제를 혼합해 황화물계 전고체전지용 양극을 얇게 구현, 동일 부피당 높아진 용량과 출력 특성을 확보했다. 기술 개발을 주도한 김현승 박사에 따르면 연구진은 고체전해질보다 미립인 전극 첨가제를 설계해 투입함으로써 전극 기공도를 줄였고 해당 입자가 양극 표면에서 보호 피막을 형성하는 특성까지 복합적으로 형성해 전고체전지의 고에너지 밀도 성능 자체를 총체적으로 개선하는 데 성공했다. 또 리튬염 첨가제를 도입해 전극의 화학-기계적 안정성을 개선, 양극 균열 발생과 표면 부반응을 줄였다. 이번 연구 결과는 에너지화학 분야의 세계적인 권위지인 어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials, IF=29.698)' 최신호(4/12 발간)에 게재됐다. 논문의 교신저자인 조우석 수석연구원(박사)은 “전고체전지의 급속 충전 성능을 확보하기 위한 대부분의 연구가 높은 이온 전도도를 가지는 고체전해질 소재에 집중돼 있지만, 양극과 음극재 구현 기술 역시 중요성이 크다”며 “KETI는 단입자 형태의 NCM 양극재 기술, 석출형 음극재 공정기술 등 전고체전지 분야 차세대 소재 기술을 다수 보유하고 있다”고 밝혔다. 유지상 KETI 차세대전지연구센터장은 “KETI는 일련의 양극재 기술을 융합해 리튬이차전지 2배 수준의 전극 용량인 양극 후막 기술을 적용, 4분 충전에 85% 이상 충전이 가능한 양극 극판 기술을 확보했다”며 “센터는 해외 우수 기술을 넘어서는 핵심 원천 기술을 지속 확보해 국내 전고체전지 상용화에 주력하겠다”고 말했다. 한편, 이번 연구 성과는 산업통상자원부·한국산업기술기획평가원의 지원을 받은 자동차산업기술개발 사업으로 이뤄졌다.

2024.04.17 10:33주문정

中, '꿈의 배터리' 전고체 기술 추격 고삐

전기차 대중화의 장벽 중 하나로 꼽히는 안정성 문제를 해결해 줄 전고체 배터리 기술 경쟁이 본격화하는 양상이다. 리튬이온 배터리는 금속으로 만들어진 양극과 음극, 그사이 공간을 채우는 전해질(액체)로 채워져 있다. 전고체 배터리는 전해질을 고체로 대체했기 때문에 폭발이나 화재 위험성을 획기적으로 줄여 '꿈의 배터리'라 불린다. 전기차를 비롯한 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 전고체 배터리는 2027년 본격적인 시장이 형성돼 2030년에는 약 53조원 규모로 커질 것으로 예상된다. 15일 업계에 따르면 최근 중국 국영기업 광저우자동차그룹(GAC)이 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 2026년 출시한다고 밝혔다. 삼성SDI와 도요타가 목표로 하는 상용화 시점(2027년)보다 1년이나 빠르다. 삼성SDI는 오는 2027년까지 전기차용 전고체 배터리를 450Wh/kg 수준으로 개발하겠다고 밝혔다. 지난 1월 중국 전고체 배터리 산학연 협동 혁신 플랫폼(CASIP)이 출범하면서 중국 업체들이 전고체 배터리 개발과 양산 시점을 2030년으로 목표로 했는데, 이보다 한참 앞선 일정이기도 하다. ■ 배터리 업계, GAC 전고체 배터리 기술에 의구심 GAC는 자사가 선보일 전고체 배터리가 400Wh/kg 이상의 에너지 밀도 갖추고 주행 가능 거리가 1천km이상이라고 밝혔다. 리튬 이온 배터리에 비해 질량 에너지 밀도가 50% 이상, 체적(부피) 에너지 밀도가 52% 이상 증가했다는 설명도 덧붙였다. 일반적으로 리튬이온전지 에너지 밀도 한계치는 350Wh/kg 수준으로 평가된다. 현재 킬로당 300와트시 수준 배터리가 상용화되고 있는데, 이를 뛰어넘는 에너지 밀도를 갖춘 셈이다. 다만, 전고체 배터리는 황화물계·산화물계·폴리머계 등으로 나뉘는데 GAC는 자사 제품이 '100% 고체 전해질을 갖춘 배터리'라고 할 뿐 어떤 계통인지에 대해서는 언급하지 않았다. 시장조사업체 SNE리서치는 황화물계가 전고체 배터리 주류가 될 것으로 전망하기도 했다. 최근 중국 정부 산하 국책 연구기관 중국과학원은 전기차를 위한 전고체 배터리를 개발해 내후년 양산할 계획이라고 밝혔다. GAC가 선보이는 제품이 황화물계 전고체 배터리일 가능성도 배제할 수 없는 셈이다. 중국 언론 등에 따르면 연구진은 20Ah 황화물 전고체 배터리 몰딩 생산라인 구축을 준비하고 있으며, 전후방 협력업체와 기술 개발 및 검증 과정을 밟고 있다. 칭다오에너지연구소는 이미 킬로그램 급 황화물 전해질 생산 파일럿 생산라인을 구축한 것으로 전해진다. 하지만 아직 국내 배터리 업계에서는 중국 업체들 기술력에 의구심을 내비추고 있다. 업계 한 관계자는 "과거에도 전고체 배터리라고 발표했지만, 반고체 배터리인 경우가 있었다"며 "진짜 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 출시하는 지는 지켜봐야 알 것 같다"고 말했다. 중국 전기차 업체 니오는 상반기 중 전고체 배터리의 과도기 형태인 반고체 배터리를 탑재한 전기차를 선보일 예정이다. 지난달 720Wh/kg의 에너지 밀도를 갖춘 전고체 배터리 프로토타입 셀 개발을 발표한 테일런뉴에너지는 한 번 충전으로 약 2천km를 주행할 수 있다고 밝혔지만, 전기차 탑재 계획은 밝히지 않았다. ■ "상용화 제품 나와봐야 中 기술력 알 수 있을 것" 배터리 업계 전문가들은 중국의 기술력이 빠르게 높아지고 있는 것은 사실이나 실제 제품이 나와봐야 제품 경쟁력을 판단할 수 있을 것으로 전망한다. 전고체 배터리는 아직 해결해야 할 기술적인 문제가 많기 때문이다. 전고체 배터리 상용화를 위해서는 원가 절감도 관건이다. 일본 과학기술진흥기구는 전고체 배터리 제조 비용이 기존 리튬이온 배터리보다 425배나 높은 것으로 추산하기도 했다. 황화물계 전고체 배터리는 가장 높은 이온전도도를 보유하고 있어 높은 에너지 밀도로 구현할 수 있는 것이 장점이지만, 공기 중 수분과 반응해 유해가스인 황화수소가 생성되는 단점이 있다. 산화물계 전해질은 황화물계보다는 리튬 이온 전도도가 낮은 편이지만, 전기화학적 안정성이 우수하다. 폴리머계는 기존 액체 전해질 기술과 유사해 활용도가 높고, 제조 공정도 비슷하기 때문에 비용 경쟁력을 갖추고 있다. 각각 장단점이 다른 셈이다. 이로 인해 최근 연구 트렌드도 황화물계와 산화물계 시스템을 혼합하려는 시도들도 늘고 있다. 차세대 배터리 연구를 진행 중인 한 전문가는 "황화물계와 산화물계를 혼용하거나 폴리머계와 황화물계를 혼용하는 등 다양한 조합으로 최근에 연구가 많이 되고 있다"며 "전고체 배터리 기술력은 어느 국가에서 첫 시제품이 나오는지를 보면 알 수 있을 것"이라고 말했다. 이어 "중국에서 배터리 관련 많은 논문을 내고 있지만, 각국 기업마다 노하우 기술들이 있기 때문에 논문 수가 높은 기술력을 의미하지는 않는다"며 "국내 기업들이 황화물계 연구를 많이 해서 관련 자료는 많지만, 산화물계나 폴리머계 관련 정보는 파악이 어렵기 때문에 중국의 기술 수준을 지금으로서는 판단하기 쉽지 않다"고 덧붙였다.

2024.04.15 17:18류은주

덕산퓨처셀, 반고체 2차전지 관련 원천특허 유럽서 취득

덕산퓨처셀은 핵심 IP 확보 및 이를 기반으로 하는 전고체·반고체 전지 사업 진출을 위해 이번에 유럽에서 발명의 명칭 '이차전지용 복합고체 전해질 및 이의 제조방법' 에 대해 특허를 취득했다고 15일 밝혔다. 덕산퓨처셀이 취득한 특허는 반고체 이차전지에 대한 원천 특허로서 한국, 미국, 일본에 이어서 유럽에서도 특허성을 인정 받은 것으로 알려졌다. 이러한 덕산퓨처셀의 특허는 리튬 산화물계, 리튬 황화물계, 나시콘, 나트륨산화물계 고체전해질, 비정질 이온전도도 물질 등의 이온 전도성 세라믹 물질에 전해액이 소액 주입되는 반고체 전지 타입을 모두 포함하는 것으로 알려졌다. 또한 덕산퓨처셀은 상기 이온전도성 세라믹 물질을 양극과 음극에 더블 코팅되는 다층 구조에 대해서도 원천특허를 소유하고 있다. 덕산퓨처셀은 확보한 IP(지식재산권) 기반을 토대로 개발한 산화물 전고체 파우더 소재를 이용해 반고체전지 및 리튬이온전지, 리튬메탈전지의 분리막 성능 개선 및 덴트라이트 방지에 의한 전지 성능 및 안전성 개선 등을 목표로 양산기술을 개발하고 있다. 또한 메이저 소재·배터리사와도 MTA(물질이전계약) 체결을 진행 중이며, 산화물 반고체 전지에 대한 상업화기술을 확보하기 위해 협업하기로 했다. 한편 덕산퓨처셀은 반도체·디스플레이 소재, 이차전지 첨가제 전문 기업인 덕산테코피아의 연결종속회사다.

2024.04.15 09:00장경윤

中 "황화물 전고체 배터리, 2026년 양산"

중국 정부 산하 국책 연구기관인 중국과학원에서 전기차를 위한 전고체 배터리를 개발해 내후년 양산할 계획이다. 11일 중국 언론 펑파이신원에 따르면 중국과학원 칭다오생물에너지연구소는 우졘페이 연구원이 이끄는 첨단에너지 저장 재료 및 기술연구그룹이 황화물 전고체 배터리 적층 공정 문제를 해결했다고 밝혔다. 황화물 전고체 배터리를 대형 차량 배터리로 적용하기 위한 제조 공정의 난제를 해결하고, 황화물 소프트팩 배터리 적층 기술의 중요한 돌파구를 마련했다고 설명했다. 화화물 고체 전해질은 액체 전해질에 필적하는 전도성을 가지면서 고온(60도씨)에서 산화와 저온에서 응고가 없는 등 장점을 갖고 있다. 이에 황화물 전고체 리튬 배터리는 높은 에너지 밀도와 고배율 성능을 동시에 가지면서 전기차 전원 공급을 위한 최선의 방책으로 대두된다. 중국과학원 연구진의 다중 적층 파우치 배터리는 300회 사이클 후에도 용량 저하가 거의 없이 성능 테스트가 진행되고 있는 것으로 알려졌다. 최근 연구진은 20Ah 황화물 전고체 배터리 몰딩 생산라인 구축을 준비하고 있으며, 전후방 협력업체와 기술 개발 및 검증 과정을 밟고 있다. 2026년까지 황화물 전고체 배터리 세계 최초 양산을 목표로 하고 있다. 중국 언론 중궈정췐바오에 따르면 중국과학원 칭다오에너지연구소는 이미 킬로그램 급 황화물 전해질 생산 파일럿 생산라인을 구축했다. 연구진은 황화물 전해질 설계 및 리튬 음극 계면 안정성에 관한 연구 결과를 국제 저널 'ACS 어플라이드 매트리얼스앤인터페이스'에 게재했다. 논문에서 연구진은 Li3PS4 황화물 전해질의 낮은 이온 전도도와 리튬 음극 계면 불안정성 문제를 위해 이중 원소 공동 도핑 황화물 고체 전해질을 제안했다. 전고체 배터리는 높은 안전성과 에너지 밀도 등 장점을 바탕으로 기존 전해질 배터리의 짧은 수명 및 발화 등 문제를 해결할 것으로 기대되고 있다.

2024.04.12 08:30유효정

中 GAC 전기차용 "진짜 전고체 배터리 발표"

중국 자동차 기업 GAC가 전고체 배터리를 개발해 공개한다. 10일 중국 언론 IT즈자에 따르면 GAC 아이온(AION)이 오는 12일 전고체 배터리를 발표한다고 밝혔다. GAC 아이온은 중국 GAC그룹의 전기차 기업이다. GAC 아이온의 전기차 브랜드 하이퍼(Hyper)의 이 배터리는 100% 고체 전해질을 채용했다. ▲초고에너지 밀도 ▲초강력 안전성 ▲넓은 온도 범위 등 특성을 갖고 있으며 대량 생산이 가능하다고 소개됐다. 공개된 포스터에서 GAC는 전고체 배터리가 "진짜 곧 온다"는 문구를 달아 관심을 모았다. 지난해 11월 GAC는 '2026년 전고체 배터리를 차량에 탑재할 것'이라고 밝힌 바 있다. 이어 올해 2월 초 공개된 배터리 개발 최신 진행 상황에 따르면, 에너지 밀도가 350Wh/kg을 초과하며 같은 중량에 3배의 전력량을 제공할 수 있다. GAC 아이온의 연구실은 지난해 전고체 배터리의 새로운 기술을 발표하고 수명 감쇠를 50% 줄이면서 150사이클 후에도 배터리 용량을 90% 유지시킨다고 밝히기도 했다. 배터리 연구개발 책임자에 따르면 회사는 고급 실리콘 음극 기반의 전고체 베터리 에너지 밀도를 300WH/kg에서 350Wh/kg으로 높였다. 연구실은 고체 전해질 성분의 특수 설계를 통해 음극 표면에 계면 완충층 형성을 유도했다. 이를 통해 계면의 저항을 낮추고 안정성을 높였다. 그간 전고체 배터리는 초고에너지밀도, 고온에 견디는 안전성, 내천공성 등 장점을 바탕으로 차세대 전기차 배터리로 불려왔다.

2024.04.11 08:34유효정

'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

최윤호 삼성SDI 사장 "북미 단독 공장 설립 준비"

삼성SDI가 북미 현지 배터리 생산 규모를 확대하기 위해 고객사와의 합작법인(JV) 설립 확대, 자체 공장 설립 등을 준비하고 있다고 밝혔다. 최윤호 삼성SDI 대표이사 사장은 20일 정기 주주총회 이후 기자들과 만나 이같이 답했다. 최 사장은 경쟁사 대비 미국 생산능력(CAPA)이 적다는 질의에 "지속적으로 (시장이) 성장할거니까 JV도 확대할 예정이고, 단독 공장도 준비할 예정"이라고 했다. 회사는 최근 미국 자동차 기업 GM과 차세대 원통형 46파이 배터리를 양산할 것으로 알려졌다. 최 사장은 "GM과는 지난해 3월 MOU 때부터 각형 배터리와 원형 배터리를 모두 양산하는 것으로 준비했다"며 "그런 밑그림은 지속되고 있다"고 설명했다. 전고체 배터리 기술 경쟁력은 업계에서 압도적인 수준이라고 강조했다. 삼성SDI는 오는 2027년 양산을 목표로, 올 상반기 전고체 배터리 투자 규모를 결정할 계획이다. 현재는 고객사 몇 곳에 샘플을 제출해 평가를 받고 있다.

2024.03.20 10:57김윤희

전고체전지 스타트업 솔리비스, 200억 규모 시리즈B 투자유치

이차전지 소재 기업 솔리비스가 공장설립을 위한 200억원 규모 투자를 유치했다. 황화물계 고체전해질 전문기업 솔리비스는 기술보증기금, 코스피 상장기업, 벤처투자사, 증권사, 금융사 등 국내 유수 대기업과 기관투자사 10여곳으로부터 200억원 규모 시리즈B 투자를 마무리했다고 19일 밝혔다. 솔리비스는 2020년 설립 이후 2021년 시리즈A를 유치하고 총 150억원을 투입해 경기도 하남미사지구에 중앙연구소와 파일럿 생산시설을 구축한 데 이어, 이번에 200억원 규모 시리즈B 투자유치를 완료함에 따라 대량생산을 위한 공장설립에 총력을 기울일 방침이다. 솔리비스는 자사 고체전해질은 자체 개발한 합성 방법을 통해 원가경쟁력에서도 상대적 우위를 점할 수 있을 것이라 전했다. 솔리비스는 이번 투자유치를 통해 충분한 실탄을 확보함에 따라, TF팀을 가동해 양산공장 설립을 본격 추진하고, 연구소 내 파일럿 생산시설 증설도 병행할 예정이다. 또 R&D와 전문인력을 확충하고, 이차전지 제조사와 자동차 OEM 등으로 매출 확대도 박차를 가한다. 신동욱 솔리비스 대표는 "지난해 사상 최악의 투자환경에도 불구하고 시리즈B 투자유치에 성공한 것은 솔리비스의 '전고체전지용 고체전해질' 양산 기술이 시장을 석권할 최고 혁신 기술임을 자본시장에서 인정받은 쾌거"라며 "2030년 전고체전지 소재 분야에서 글로벌 1위 기업을 목표로 매진할 것"이라고 자신감을 표했다. 솔리비스는 전고체전지 연구소 기반 혁신 기술기업으로, 자체 기술력으로 세계적인 수준의 고체전해질 양산 원천기술과 관련 특허를 다수 보유하고 있다. 신동욱 대표는 미 렌셀러 공과대학교 재료공학 박사로, 20여 년간 한양대학교 신소재공학부 교수로 재직하며 전고체전지를 연구해 온 석학이다. 국내 최초로 전고체전지 국책연구과제를 수행하는 등 전고체전지와 고체전해질 분야 전문가다.

2024.03.19 09:01류은주

한·중·일, 전고체 배터리 개발에 사활…2027년 기술력 승부

한국, 중국, 일본 등 각국에서 리튬이온 배터리의 한계를 뛰어넘을 '전고체 배터리' 개발이 한창이다. 공통적으로 오는 2027년이 양산 시점으로 거론되고 있어 향후 각각의 기술력의 진가를 살펴볼 수 있을 전망이다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용해 리튬이온 배터리에 내재된 화재 위험이 낮고, 저온에서의 성능 저하도 크지 않다. 배터리 설계 상 에너지 밀도도 리튬이온 배터리보다 높게 구현할 수 있다는 장점이 있다. 18일 업계에 따르면 각국에서 진행되는 전고체 배터리 출시 시점이 2027년쯤으로 전망되고 있다. 우리나라 배터리셀사 중에선 삼성SDI가 가장 이른 시점에 전고체 배터리를 양산할 계획이다. 삼성SDI는 전고체 배터리 양산 시점을 2027년으로 잡았다. 회사는 지난해 말 전고체 배터리 사업화 추진팀을 신설했고, 현재는 전기차 제조사들과 양산 라인 투자 계획을 논의 중이다. 정부도 국내 업체들의 전고체 배터리 개발을 지원할 계획이다. 산업부는 올 하반기부터 전고체 배터리를 비롯한 유망 배터리 3종에 대한 R&D 사업에 2028년까지 1천172억원을 투자한다. 특히 R&D 사업에 배터리셀사 뿐 아니라 소재, 부품, 장비 기업이 모두 참여하게 해 관련 생태계를 두루 육성한다는 방침이다. 중국에선 그 동안 CATL, 위라이온 등 현지 배터리 업체들이 전고체 배터리보다는 중간 단계인 반고체 배터리에 집중해온 모습이었다. 그러나 지난 1월 중국 전고체 배터리 산학연 협동 혁신 플랫폼(CASIP)이 출범하면서 중국 업체들이 전고체 배터리 개발에 본격적으로 뛰어들 것으로 예상되고 있다. CASIP는 산학연 협력을 촉진하는 조직으로 업계 전문가와 기업, 대학, 연구기관, 지자체 등이 참여한다. 현지 자동차 기업과 CATL, BYD 산하 핀드림스배터리, CALB, 패러시스에너지, 에스볼트, 이브에너지 등 현지 주요 배터리 기업이 참여한다. 참여사 중 6곳이 글로벌 전기차 배터리 제조사 중 상위 10곳에 등재돼 있다. CASIP가 목표로 한 전고체 배터리 개발 및 양산, 공급망 구축 시점은 오는 2030년이다. 다만 이보다 더 빠르게 상용화가 이뤄질 수도 있다는 전망도 나왔다. 중국 중신증권은 중국산 전고체 배터리가 전기차에 탑재되는 등 본격 상용화되는 시점이 2027년 이후가 될 것으로 전망했다. 다만 이를 위해선 기술적 난제, 충분한 가격 경쟁력 확보 등 과제를 해결해야 한다고 덧붙였다. 일본 기업으로는 토요타가 전고체 배터리를 이르면 2027년 출시할 계획이라고 밝힌 상태다. 회사는 아이치현 공장에서 전고체 배터리를 개발 중이다. 특히 전고체 배터리 관련 특허를 1천개 이상 보유해 기술력이 우수한 것으로 평가된다. 단 아직까지 대량 생산 시 배터리 소재의 품질 관리 측면에선 개선이 필요하다고 첨언했다. 각국 양산 계획을 고려하면 비슷한 시기에 전고체 배터리를 잇따라 선보일 것으로 예상된다. 전고체 배터리의 경우 원재료 가격이 비싸 출시 시점엔 상당한 고가로 판매될 것이란 게 중론이다. 이 때는 제조사 모두 규모의 경제 형성에 따른 가격 인하를 기대하기 어려울 전망이다. 때문에 가격 경쟁력보다는 기술의 완성도에 초점이 모일 것으로 보인다. 업계 관계자는 "전고체 배터리는 출시 초반에는 프리미엄 제품을 타겟으로 출시될텐데, 이 시장은 가격 저항성이 크지 않다"며 "배터리의 품질과 생산 수율 등 기술 경쟁력이 우위를 판가름하게 될 것"이라고 점쳤다.

2024.03.18 16:56김윤희

'폭발위험 없는 배터리 "성큼"

폭발·화재 위험 없는 전고체전지 상용화에 한 걸음 다가선 새로운 공정 기술이 개발됐다. 차세대 휴대폰 배터리 활용 가능성을 높인 연구 결과물이다. 한국전기연구원(KERI) 은 차세대전지연구센터 소속 박준우 박사와 성정환 연구원(UST KERI 캠퍼스 학생 연구원)이 공정 과정과 비용은 절반 이하로 줄이고, 품질은 2배 이상 높인 '고체전해질(황화물계) 입도 제어 및 습식 합성 공정' 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. ■개발이유 전고체전지는 양(+)극과 음(-)극 사이에서 이온을 전달하는 '전해질'을 액체가 아닌, 화재나 폭발 위험성이 낮은 고체로 대체한 것이다. 하지만, 고체전해질은 전고체전지(특히 양극(+))에 활용되려면 입자 크기가 머리카락 굵기의 100분의 1에 해당하는 수 마이크로미터 수준으로 매우 작아야 한다. 그동안 국내외 많은 연구진이 다양한 방법으로 제조했던 고체전해질은 입자가 커서 기계적인 분쇄 등 별도의 공정이 필요했다. 이 과정에서 시간적·물리적 비용 소모가 드는 것은 물론, 분쇄로 인한 고체전해질의 성능 저하는 상용화를 막는 큰 걸림돌이었다. ■개발성과 연구팀은 단순한 공정만으로 미세하고 이온 전도도까지 높은 고체전해질을 대량으로 생산하는 기술을 개발했다. 연구팀은 미세한 원재료(황화리튬 등)를 도입하고, 각각의 물질이 화학 반응으로 발생시키는 '핵 생성(Nucleation)' 속도를 제어해 최종 생성물의 입도를 크게 줄이는 방법을 활용했다. 복잡한 과정 없이 간단한 습식 합성 공정만으로 미세한 고체전해질을 제조할 수 있게 된 것이다. 이러한 화학적 조성 제어로 결과물의 이온 전도도는 기존 고체전해질 공정(고에너지 볼밀링을 통한 '건식 합성' 및 분쇄)보다 약 2배 이상(2mS/cm -> 4.98mS/cm) 높았다. ■향후계획 관련 연구결과는 우수성을 인정받아 에너지 분야 국제 저명 학술지인 '에너지 스토리지 머티리얼스(Energy Storage Materials)'의 3월호 논문으로 게재됐다. 학술지의 영향력을 평가하는 'JCR Impact Factor'는 20.4로, 해당 분야 상위 5.2%에 속한다. 성과의 특허 출원 등을 다수 확보한 KERI는 관련 기술이 전고체전지 업계의 많은 관심을 받을 것으로 보고, 수요 기업을 적극 발굴해 기술이전을 추진할 계획이다. KERI 박준우 박사는 “원재료의 적절한 선택과 화학 반응의 확실한 제어로 탄생한 연구원만의 '단순 공정'으로 고체전해질을 미세화하기 위해 진행됐던 복잡하고 비싼 공정을 건너뛸 수 있게 됐다”라며 “매우 간단해진 공정에도 고체전해질의 품질은 훨씬 뛰어나 양산화·상용화를 위한 '기업 접근성'과 '효율성'을 모두 확보했다”라고 전했다. 이 연구는 KERI 기본사업과 산업부의 '나노융합혁신제품기술개발 지원 사업'으로 수행됐다. 한편 KERI는 '특수 습식합성법(특허받은 특수 첨가제를 통해 10분의1 수준의 저렴한 원료(출발물질)로도 고체전해질을 대량 생산하는 기술)' 제조 공정 기술도 보유했다.

2024.03.18 10:53박희범

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

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