[차세대 배터리를 꿈꾼다]"전고체는 가야할 길…선두는 LG엔솔"

①LG에너지솔루션 손권남 차세대전기개발센터 리더

기술장벽 높은 황화물계
샌디에이고대와 개발 중

상온에서도 급속충전 가능
진정한 게임체인저 될 것

고분자계는 2026년 상용화
中·日 속도전서도 경쟁력

[편집자주]차세대 전기차 배터리 기술을 두고 세계적으로 기술개발 경쟁이 치열하다. 4대 소재를 포함한 부품에서부터 배터리 제조와 리싸이클링에 이르기까지 거대한 생태계 혁신을 꿈꾸고 있다. 이에 아시아경제는 연중기획을 통해 국내 배터리 전문가들을 만나 'K-배터리'의 현주소를 짚어보고 미래 성장의 기회를 엿보고자 한다.

첫 번째 순서로 최근 배터리 업계에서 가장 뜨거운 관심을 받고 있는 전고체 배터리를 집중 조명한다. 국내 배터리업체 3사는 3~4년 뒤 에너지 밀도를 획기적으로 높일 수 있는 전고체 배터리를 상용화한다는 계획이다. 전고체 배터리는 가연성이 높은 전해액을 사용하지 않아 폭발 위험이 감소하고 에너지밀도가 높은 양·음극재 사용이 가능해 전기차 주행거리를 획기적으로 늘릴 것으로 기대된다.

손권남 LG에너지솔루션 차세대전지개발센터 리더.(사진제공=LG엔솔)

"전고체 2차전지 중 '고분자계'와 '황화물계' 두 가지 모두 개발 중입니다. 특히 기술 장벽이 높은 황화물계 전고체 전지는 LG에너지솔루션이 상용화의 선두 주자가 될 것으로 예상합니다."

[아시아경제 오현길 기자, 문채석 기자] 국내 1위 배터리 업체인 LG에너지솔루션 의 손권남 차세대전지개발센터 리더는 전고체 배터리 기술개발에 대해 '어렵지만 가야 할 길'이라고 강조했다.

전고체 전지는 2차전지 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 액체에서 고체로 대체해 기존 리튬이온전지보다 에너지 밀도를 높이고 안전성도 강화할 수 있는 차세대 전지다. 기술 개발 경쟁이 격화되고 있는 만큼 보안 문제도 매우 중요한 만큼 LG엔솔 등 국내 주요 배터리사들의 연구소, 작업실 등을 공개하지 않고 있다.

지난달 17일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 '2022 인터배터리' LG에너지솔루션 부스에 게재된 전고체 2차전지 게시물.(사진=문채석 기자)

LG엔솔의 전고체 차별화 포인트는 고분자계와 황화물계 배터리를 모두 개발 중이란 점이다. 고분자계는 2026년, 황화물계는 2030년 상용화가 목표다. 고분자계 배터리는 현행 액상 전해질 2차전지와 구조가 비슷해 기존 생산 설비에서도 만들 수 있고 공정도 비교적 간단해 가격 경쟁력이 높다.

다만, 에너지 효율 판단 기준인 이온 전도도가 높지 않다는 평가다. 이 때문에 황화물계 배터리 개발 시점 전까지 양산이 가능한 고분자계 배터리를 확보해 중국, 일본 업체와의 기술 개발·상용화 속도전에서 밀리지 않겠다는 게 LG엔솔의 포석이다.

지난달 17일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 '2022 인터배터리' LG에너지솔루션 부스에 게재된 전고체 2차전지 게시물.(사진=문채석 기자)

황화물계 전고체는 진정한 '게임 체인저' 역할을 할 것이란 평가를 받는다. LG엔솔이 미국 샌디에이고 캘리포니아대(UCSD)와 함께 개발 중인 황화물계 전고체 배터리가 개발되면 90℃ 이상에서만 가능했던 급속 충전을 상온에서도 할 수 있게 된다.

배터리 용량이 기존보다 10배 늘고 에너지 밀도는 40% 높아진다. 리튬이온배터리보다 안전성이 대폭 강화된다. 충·방전 횟수도 500회까지 확보 가능하다.

손 리더는 "황화물계 전고체 전지는 앞으로 해결해야 할 기술적 허들(장벽)이 높지만 LG엔솔의 소재 연구 기반과 탄탄한 리튬이온배터리 공정 기술을 감안하면 LG엔솔이 상용화의 선두주자가 될 것"이라고 자신했다.

지난달 17일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 '2022 인터배터리' LG에너지솔루션 부스에 게재된 전고체 2차전지 게시물.(사진=문채석 기자)

경량화 배터리 부문에선 리튬황 전지를 2027년 상용화할 계획이다. 고고도 무인기, 무인 드론, UAM(도심항공교통) 등 '탑재 무게'를 줄이는 게 관건인 비행체를 중심으로 시장 개척에 나선다는 방침이다.

LG엔솔의 리튬황 전지는 가격이 저렴한 황을 양극으로, 리튬을 음극으로 각각 사용하는 게 특징. 양극에 황과 탄소로 이뤄진 가벼운 소재를 쓰는 만큼 배터리 무게를 낮추는 데 도움이 된다.

전고체 전지의 고체 전해질이 제대로 성능을 내려면 그에 맞는 양극, 음극, 배터리 제조 공정 및 구동 조건이 모두 개발돼야 한다고 손 리더는 판단했다. 고체-고체 간 접촉 유지 능력, 소재 가격 합리화 등을 해내야 경제성과 품질 모두 잡을 수 있다고 봤다.

그는 "고체 간 접촉 유지 능력을 향상하려면 기존 리튬이온배터리 공정과는 달라야 하는데 지금은 공정 과정을 단순화하기 위해 연구 중"이라며 "충·방전 과정에서도 고체 간 접촉이 잘 유지되도록 배터리 구조 및 구동압을 확보하는 것이 관건"이라고 설명했다.

오현길 기자 ohk0414@asiae.co.kr
문채석 기자 chaeso@asiae.co.kr