이른바 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리를 둘러싼 업계 경쟁이 뜨겁게 달아오르고 있다. 이 배터리는 액체 전해질을 고체로 대체해 에너지 밀도와 안전성을 대폭 강화해 대표적인 차세대 배터리로 꼽힌다. LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온 등 국내 배터리 3사뿐만 아니라 최대 라이벌인 중국 배터리 업체와 일본 도요타 등 완성차 업체까지 전고체 배터리 개발에 뛰어들며 상용화 시점을 앞당기기 위한 기술 고도화에 열을 올리고 있다.
SK온은 지난 15일 대전광역시 유성구 미래기술원에서 전고체 배터리 파일럿 플랜트를 준공하고 본격 가동에 착수했다. 파일럿 라인은 고객사에 공급할 시제품을 생산하고 제품의 품질과 성능 등을 평가·검증하는 시설이다. SK온은 지난해 솔리드파워와 파트너십을 체결한 이후 전고체 배터리를 공동으로 개발하고 있다.
SK온은 약 4628㎡(약 1400평) 규모의 신규 파일럿 플랜트에서 황화물계 전고체 배터리를 개발할 예정이다. 일부 라인에서는 고체 배터리의 한 종류인 리튬 메탈 배터리도 개발한다. 이 배터리는 리튬이온 배터리의 핵심 소재인 흑연 음극을 리튬 메탈로 대체해 음극재의 무게와 부피를 줄이고 에너지 밀도를 높일 수 있다.
SK온은 이번 파일럿 플랜트 구축에 힘입어 전고체 배터리를 2029년부터 양산할 계획이다. 기존 목표였던 2030년보다 1년 앞당긴 것이다. 우선 ℓ당 800Wh의 에너지 밀도를 목표로 개발을 진행한 뒤 장기적으로 ℓ당 1000Wh 수준으로 끌어올린다는 목표를 세웠다. 현재 전기차에 탑재하는 니켈·코발트·망간(NCM) 배터리의 에너지 밀도가 통상 ℓ당 600Wh 중반인 점을 고려하면 전고체 배터리는 에너지 밀도를 대폭 개선해 전기차 주행거리와 출력 등을 획기적으로 끌어올릴 것으로 기대된다.
이석희 SK온 사장은 “이번 전고체 배터리 파일럿 플랜트 준공은 SK온이 어떠한 환경 변화에도 쉽게 흔들리지 않는 탄탄한 기업으로 도약하는 기반이 될 것”이라며 “전고체 배터리를 누구보다 앞서 상용화해 전동화 시대를 앞당기겠다”고 말했다.
글로벌 환경 규제로 전기차 보급이 늘면서 전고체 배터리 시장 규모도 확대될 것으로 기대된다. SNE리서치에 따르면 전 세계 전고체 배터리 시장은 2022년 2750만 달러(약 400억 원)에서 2030년 400억 달러(약 58조 원) 규모로 크게 성장할 것으로 전망된다.
이에 따라 전세계 배터리 업체들은 기술 확보에 속도를 내고 있다. 삼성SDI는 2023년 수원 연구소에 전고체 배터리 파일럿 라인을 구축한 뒤 고객사에 샘플을 공급하고 있다. 2027년 황화물계 전고체 배터리 양산 목표로 국내 배터리 3사 중 가장 빠르다. LG에너지솔루션은 올 연말까지 오창 공장에서 파일럿 라인을 마련한 뒤 2030년 황화물계 전고체 배터리를 상용화한다는 방침이다.
국내 배터리 3사와 치열한 다툼을 벌이는 중국 업체들도 전고체 배터리 개발에 적극적이다. 세계 1위 배터리 제조사인 중국 CATL은 반고체 배터리를 일부 전기차 모델에 공급하는 데 이어 2027년 전고체 배터리 소량 생산을 목표로 개발을 진행 중이다. BYD는 2027년부터 황화물계 전고체 배터리를 선보이고 고급 전기차 브랜드인 양왕과 덴자 일부 모델에 우선 탑재할 계획이다.
완성차 업체들도 전고체 배터리 개발에 가세했다. 대표적으로 일본 도요타는 2027년 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 출시하겠다는 청사진을 제시했다. 현대차는 경기 의왕 연구소에 차세대 배터리 연구동을 세우고 2030년 전고체 배터리 양산을 위한 기술 확보에 뛰어들었다.
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