"투자 뒤처지면 낙오"…한·중·일·독 '꿈의 배터리' 대전 막 올랐다[only이데일...

[이데일리 송재민 기자] “투자에서 뒤처지면 자칫 낙오할 수 있다.”

국내 배터리 3사가 이달 들어 전고체 배터리 관련 특허를 잇따라 공개한 것은 미래 전략 산업에 대한 이같은 위기감이 깔려 있기 때문이다. 최근 기업들이 말로만 인공지능(AI) 속도조절론을 내뱉고 실제 투자를 멈추지 못하는 것처럼 전고체 배터리 역시 미래 기술 주도권을 위한 글로벌 경쟁이 치열해지고 있는 것이다.

(그래픽=이데일리 김일환 기자)

소재 넘어 제조공정으로…K배터리 양산 채비

이데일리가 국내 배터리 3사의 최근 공개 특허를 분석해보니, 이들의 특허에는 양극 등 소재뿐 아니라 전극을 쌓고 압착하는 제조공정 관련 기술까지 포함됐다. 기술 확보 영역이 소재에서 실제 생산에 필요한 공정으로 넓어지고 있다는 해석이 가능하다.

전고체 배터리는 액체 대신 고체 전해질을 사용하는 만큼 고체 상태인 전극과 전해질을 얼마나 균일하게 맞닿게 하느냐가 중요하다. 접촉이 고르지 않으면 리튬이온이 이동하는 과정에서 저항이 커져 성능이 떨어질 수 있다. 소재 성능뿐 아니라 적층·압착 등 제조공정을 정밀하게 제어하고 이를 일정한 품질로 반복 생산하는 기술이 상용화의 핵심 과제로 꼽히는 이유다.

가장 빠른 양산 시기(내년 하반기)를 제시한 삼성SDI는 이번 특허에서도 제조공정까지 기술 범위를 넓혔다. 전극과 가스켓을 조립해 적층·압착하는 제조 기술과 황화물계 고체전해질 등을 적용한 양극 기술을 공개했다. 수원 연구소 파일럿라인 ‘S라인’에서 고객사 검증을 진행하고 있다. 휴머노이드 등 피지컬 AI를 겨냥한 파우치형 제품도 개발 중이다.

LG에너지솔루션은 실제 생산공정과 맞닿은 특허를 공개했다. 전고체 배터리 구성요소를 연속 공급해 롤 방식으로 접합하는 제조 방법 등이 대표적이다. 오창 에너지플랜트에 파일럿라인 구축을 추진하며 양산 공정 개발도 진행 중이다. 흑연계 전고체는 오는 2029년 전기차용, 무음극계 전고체는 2030년 휴머노이드 로봇용 상용화를 목표로 하고 있다.

SK온이 공개한 특허는 전고체 배터리의 내부 저항을 낮추는 기술에 초점을 맞췄다. 집전체와 활물질, 고체전해질 사이에 도전층을 적용해 이온·전자 이동을 원활하게 하는 방식이다. 대전 미래기술원 파일럿 플랜트에서 시제품을 검증하는 한편 미국 팩토리얼에너지와 제조 협력도 진행 중이다. 황화물계 전고체 배터리 상용화 목표는 2029년이다.

상용화 문턱 높지만…한·중·일·독 경쟁 가속

전고체 배터리가 기존 리튬이온 배터리를 빠르게 대체하기까지는 넘어야 할 산이 많다. 고체 전해질 등 소재 가격이 비싼 데다 고체와 고체가 맞닿는 계면에서 발생하는 저항과 내구성, 대량생산 과정에서의 수율 등이 대표적인 과제다. 특히 기존 리튬이온 배터리도 에너지 밀도와 안전성이 꾸준히 개선되고 있어, 전고체 배터리가 가격과 성능 측면에서 확실한 경쟁력을 입증해야 한다는 지적이 나온다.

박철완 서정대 자동차학과 교수는 “리튬이온 이차전지는 에너지 밀도와 안전성 등이 과거보다 크게 향상됐다”며 “전고체 배터리는 기존 기술과 비교해 기술적·상업적으로 경쟁력을 가질 수 있다는 것을 보여줘야 한다”고 말했다.

그럼에도 글로벌 기술 경쟁은 오히려 가속화하고 있다. 중국 BYD는 내년 전고체 배터리 소규모 생산을 추진하고 있으며 CATL도 같은 해 시험생산을 목표로 하고 있다. 일본 토요타는 이데미쓰코산과 황화물계 고체전해질 공급망을 구축하며 내년~내후년 전고체 배터리를 적용한 전기차 상용화를 추진하고 있다.

유럽 완성차 업체들은 실차 검증에 먼저 나섰다. 독일 메르세데스-벤츠는 미국 팩토리얼에너지의 전고체 셀을 탑재한 EQS 시험차로 도로주행 테스트를 진행하고 있다. BMW도 미국 솔리드파워의 전고체 셀을 적용한 i7 시험차를 실제 도로에서 시험하고 있다. 배터리업체의 파일럿 생산을 넘어 완성차업체가 실제 차량에서 성능과 적용 가능성을 검증하는 단계로 경쟁 범위가 넓어진 셈이다.

특히 국내 기업들은 중국에 뒤처진 배터리 공급망 주도권을 뒤집을 ‘게임체인저’로 전고체 배터리에 힘을 주는 기류가 있다. 초격차 기술 장벽을 세워 중국을 따라잡겠다는 것이다. 한 업계 고위관계자는 “배터리는 국가의 핵심 전략 산업”이라며 “정부도 전고체 기술력 확보를 위해 전폭적으로 지원할 필요가 있다”고 말했다.