전기차 차세대 배터리 '주목'…韓·中·日 대전

리륨이온전지 비용·안전성 등에서 문제…5~10년 후 한계 도달할 것

차세대배터리 '제2의 반도체'로…전고체(all soild state)전지 2022년 이후 상용화 기대

전문가 "일본에 비해 3년 이상 뒤처져…배터리3사 공동 개발은 긍정적"

【서울=뉴시스】김지은 기자 = 전기차 보급이 확산되면서 이차전지 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 메모리반도체를 넘어설 고성장 신산업으로 부각되면서 차세대 배터리 시장을 선점하기 위한 각국의 주도권 경쟁도 치열하다.

시장에서는 완성차 업체가 있는 국가인 독일, 일본, 중국, 한국 등을 중심으로 각축전이 펼쳐지고 있다는 평가가 나온다.

16일 관련 업계에 따르면 전기차용 배터리 등에 활용될 차세대 배터리로 전고체 전지가 주목받고 있다. 현재 주류는 리튬이온전지지만 비용과 안전성 등에서 한계가 있어서다.

문제는 리튬이온 경로인 전해질이다. 리튬이온전지는 전해질이 액체나 젤 형태로 충격이나 압력을 받으면 발화 위험성이 높아지고 충전 소요시간이 길어진다. 이로 인해 향후 5~10년 이내에 성능향상, 용량증대, 안전성 등에서 한계에 도달할 것이라는 예측도 나온다.

이런 상황에서 대두된 것이 전고체 전지다. 전고체 전지는 기존 리튬이온전지의 양극과 음극 사이에서 리튬이온을 전달하도록 채워 넣은 액체전해질과 분리막을 고체전해질 층으로 대체한 것이다. 이러한 전해질은 액체에서의 발열 인화성이 없어져 안전성을 대폭 높일 수 있고 충전 속도를 향상시킬 수 있다. 고온이나 고전압 환경에서 성능 저하를 막을 수 있어 자동차를 비롯한 수송기계에 적합한 배터리로 지목된다.

하지만 아직까지 고체전해질이 액체보다 리튬이온 이동이 원활하지 않아 기존 리튬이온전지와 비슷한 수준의 성능확보가 달성되지 않고 있는 것으로 알려졌다.

국내외 업체들은 전고체 전지 상용화 시점을 적어도 2022년 이후로 보고 있다. 시장 선점을 위해 배터리 업체와 완성차 업체 중심으로 기술 개발에 매진하고 있다.

전고체 전지 양산개발에 가장 적극적인 업체로는 일본 도요타자동차가 꼽힌다. 도요타자동차는 산학협력 공동개발을 통해 상당한 기술개발 성과를 이뤄 전고체 전지의 전기차를 시험주행하고 있다. 2022년 전고체전지의 전기자동차를 출시할 목표를 세우고 있다.

독일 BMW는 지난해 12월 미국 전고체 전지 전문업체 솔리드 파워와 기술 협력을 체결했다. 2026년 전고체전지 기반 전기차를 출시하는 게 목표다.

폭스바겐은 미국 전고체 전지업체 퀀텀스케이프에 1억달러(약 1100억원)를 투자, 지분 5%를 확보했다. 2025년까지 전고체 전지 양산라인을 구축하고 생산에 돌입할 예정이다.

전고체 전지 시장에서도 '중국 굴기'는 거세다. 중국 칭다오에너지디벨로프먼트가 지난달 10억위안(약 1600억원)을 투자, 장쑤성에 전고체 전지 양산 라인 구축에 돌입했다. 현재 생산 규모는 연간 100MWh로 2년 뒤 생산 규모를 7배 늘리겠다는 포부도 밝혔다. 다만 전기차에 들어가는 배터리 용량이 40~60kWh인 점을 고려하면 현재 생산량은 극히 적어 상용화는 아직 멀었다는 게 중론이다.

우리나라는 삼성SDI, LG화학, SK이노베이션 등 국내 이차전지 업체 3곳이 차세대 배터리 핵심기술을 공동 개발하기로 했다. 이를 위해 1000억원 규모의 펀드도 만든다.

최근에는 현대차와 삼성전자가 BMW와 차세대 전기차 배터리를 개발하기로 파트너십을 체결한 솔리드 파워에 투자를 해 이목이 집중됐다. 현대차와 삼성전자, 사노인더스트리얼, 솔베이 등 투자자로부터 솔리드파워가 유치한 금액은 2000만달러(약 225억원) 수준이다.

국내 배터리 업계 관계자는 "전고체 전지는 현행 리튬이온저지에 비해 안전성이 높고 고출력을 낼 수 있기 때문에 장거리 주행에 적합한 전기차 개발에 크게 기여할 것으로 기대한다"며 "국내 배터리 업체들은 전반적으로 2025년 상용화를 목표로 관련 기술을 개발 중"이라고 말했다.

유지상 전자부품연구원 차세대전지연구센터장은 "한국의 전고체 전지 기술은 대체로 일본에 비해 3~5년 뒤처져 있는 실정"이라며 "업계 전반적으로 용량 측면에서는 기존 리튬전지와 비슷한 수준에 도달했지만 수명을 늘리는 기술은 해결해야 할 과제"라고 짚었다.

이어 "서로 경쟁하던 이차전지 3개 기업이 개별연구나 개별대응에서 머물지 않고 합심해서 기술개발을 추진한 것은 긍정적"이라며 "정부도 기업과 합심해 차세대 배터리 주도권 확보를 위한 명확한 비전과 종합대책을 제시해야 한다"고 덧붙였다.

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