[인사이트코리아=김재훈 기자] 최윤호 삼성SDI 사장(대표이사)이 53주년 창립기념식에서 올해 하반기에 전고체 배터리 시제품을 생산하겠다고 밝혔다. 전고체 배터리 분야에서 선두주자로 나선 삼성SDI가 시제품 생산 시기를 확정하며 시장 지배력을 더욱 확대하리기 위한 포석으로 읽혀진다. 다만 업계에서는 삼성SDI의 이런 시도에 대해 긍정적 반응을 보내면서도 우려의 시선도 없진 않다.

30일 관련 업계에 따르면 최윤호 삼성SDI 사장은 지난 29일 열린 ‘53주년 창립기념식’에서 올 하반기에 전고체 배터리 시제품을 생산하겠다고 밝혔다. 지난 3월 14일부터 시작했던 전고체 배터리 전용 공장인 ‘S라인’ 건설작업이 완료돼 시제품 생산이 가능해진 것으로 보인다. 

삼성SDI는 2023년 시제품을 시작으로 2027년 전고체 배터리 양산을 목표로 하고 있다. 지난 4월 12일 안지우 삼성SDI 그룹장은 ‘NGBS 2023’ 세미나에서 “자동차용 전고체 배터리를 2027년 양산을 목표로 준비 중”이라며 “완성차 업체의 니즈에 맞춰 전고체 배터리 시스템을 개발하고 있다”고 공개했다. 이에 따라 삼성SDI는 양산 일정에 맞춰 연구개발(R&D)과 생산 활동에 박차를 가할 전망이다.

현재 삼성SDI의 연구개발 비용은 해마다 크게 증가하고 있다. 2020년 8083억원이었던 연구개발비용은 2021년 8776억원, 2022년 1조763억원으로 조 단위로 들어섰다. 지난해 기준 매출액 대비 연구개발비용은 5.4%로 LG에너지솔루션의 3.4%보다도 높다. 삼성SDI는 일본 토요타에 이어 전 세계에서 두 번째로 많은 전고체 배터리 특허를 보유하고 있다. 

'차세대 배터리'로 불리는 전고체 배터리

전고체 배터리는 리튬이온배터리의 4대 요소(양극재·음극재·분리막·전해질) 중 하나인 전해질을 액체가 아닌 고체로 채운 배터리다. 가연성 액체 대신 고체를 사용하기 때문에 충격에 의한 누액 위험이 없어지고 인화성 물질이 포함되지 않아 폭발할 위험도 적다. 이에 폭발 위험성을 낮추기 위한 소재나 부품을 넣을 필요가 없어지고 액체와 액체의 경계를 담당하던 분리막도 필요없어 내부 공간 51%를 절약할 수 있다. 이 자리를 음극재나 양극재로 채워넣을 경우 에너지 밀도가 액체 전해질 배터리 대비 40% 이상 늘어난다. 다만 액체 대비 이온전도도가 낮은 건 해결 과제로 남아 있다.

삼성SDI는 이런 특징을 지닌 전고체 배터리를 전기차에 활용해 500km 수준인 주행거리를 900km로 끌어올린다는 목표다.

전고체 배터리에 들어가는 전해질을 어떤 소재로 쓰냐에 따라서도 효과가 달라지는데 삼성SDI가 채택한 전고체 배터리는 황화물계 전고체 배터리다. 전고체 배터리는 ▲산화물계 ▲고분자계 ▲황화물계 등 크게 3가지로 나뉜다.

산화물계는 비교적 높은 이온전도도를 갖고 있지만 연성이 부족해 전해질 전극 간 접촉이 쉽지 않다. 고분자계는 기존 NCM배터리의 양산 공정을 그대로 적용해 생산할 수 있지만 이온 전도도가 낮다. 황화물계는 높은 이온전도도를 갖고 있지만 기술 난이도가 높으며 단가가 비싼 것이 단점이다.

일본 과학기술진흥기구는 전고체 배터리 제조 비용은 기존 리튬 이온 배터리보다 425배 높은 것으로 추산했다. 이에 실용화되더라도 고급 전기차 등의 기종에만 한정적으로 탑재될 것으로 보인다.

전고체 배터리는 배터리의 미래

업계 일각에서는 삼성SDI가 배터리 효율화를 추구하는 현 상황에서 전고체 배터리가 가진 잠재력이 크긴 하지만 단기간 내 상용화하기엔 무리가 있다고 우려한다. 

시장조사업체 SNE리서치는 “전고체 배터리는 2027년부터 양산이 시작돼 2035년 전체 배터리 시장의 10~13%를 차지할 것으로 보인다”며 “2030년 이후 산화물·고분자·황화물 등 다양한 유형의 전고체 배터리가 서로 경쟁하다 황화물계를 중심으로 시장이 확대될 것”으로 내다봤다.

김해진 한국기초과학지원연구원 박사는 “결국 배터리 시장은 전고체 배터리로 갈 수밖에 없을 것”이라며 “다만 2027년에 상용화하는 건 어렵다고 본다”고 말했다. 그는 “기술 발전 속도를 봤을 때 대량 생산과 동시에 상용화를 하는 건 힘들 것”이라고 언급했다.