전고체 배터리가 상용화되면 전기차 대중화에 큰 기여를 할 것으로 기대를 하고 있습니다. 과연 왜 그럴지 배경을 찾아 보았습니다.
전고체 배터리란?
전고체 배터리는 기존 배터리에서 많은 무게와 부피를 차지하고 있는 전해질이 액체 상태에서 고체 상태로 바뀐 배터리입니다.
어떤 특징을 가지고 있기에 전기차에 사용되면 파장이 클까요?
아래의 특징을 보면 전기차 보급 가속화에 큰 힘이 될 것으로 보입니다.
우수한 안전성: 전해질이 고체이기 때문에 충격에 강하고, 인화성 물질이 포함되지 않아 발화 가능성이 낮습니다.
높은 에너지 밀도: 액체 전해질보다 에너지 밀도가 높아서 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다.
고출력: 빠른 충전 및 방전이 가능합니다.
넓은 사용 온도 범위: 다양한 환경에서 사용할 수 있습니다.
단순한 전지 구조: 전해질이 고체이기 때문에 복잡한 구조가 필요하지 않습니다.
전고체 배터리 종류는 어떻게 구분되고 있을까요?
전해질에 따른 분류
- 황화물계 (Sulfide):
- 장점: 다른 고체 전해질 대비 이온 전도도가 높고 사용 온도 범위가 넓습니다. 또한 생산성이 좋아 양산에 적합
- 단점: 수분에 취약하며 기술적인 장벽과 단가가 높음. (황화 리튬 가격이 높음)
- 산화물계 (Oxide):
- 장점: 안전성이 우수하고 에너지 밀도가 높음. 고온에서 안정적인 성능을 보이며 충전 및 방전 효율이 높습니다.
- 단점: 연성이 부족하여 전해질과 전극 사이의 접촉이 어렵습니다. 전기 전도성이 낮아 충전 속도가 느리고 생산 비용이 높아 경제성이 떨어집니다.
- 고분자계 (Polymer):
- 장점: 안전성이 높고 기술 개발이 상대적으로 쉽고 생산성이 높아 기존 양산 공정에 적용 가능합니다.
- 단점: 이온 전도도가 낮아 황화물계 전고체 배터리 대비 전기 전도성이 낮습니다. 따라서 충전 속도가 느리고 에너지 밀도가 낮습니다.
현재 국내 배터리 기업들은 전고체 배터리 기술 개발에 어떤 입장을 가지고 있을까요?
(삼성SDI)
- 전해질은 황화물계를 선택하여 개발
- 전극 단계에서 습식과 건식 투트랙 전략
- 전고체전지 개발에 적극적이며 25년 공급망 확보 등의 생산 준비를 마치고 27년 양산을 Target
- 전기차용으로 개발 중
(LG에너지솔루션)
- 전해질은 황화물계와 고분자계를 동시에 연구중
- 2030년까지 상용화가 쉽지 않을 것이라는 보수적 관점(리듐이온베터리 대비 가격경쟁력이 떨어지기에)
- 소형전지나 ESS등의 응용처에서 레퍼런스를 쌓고 전기차로 넘어가는 수순이 되지 않겠나,,
(SK온)
- 전해질은 황화물계와 고분자-산화물 복합 전해질 두 가지를 개발 중
- 황화물계 전해질은 미국 솔리드파워와 기술 협약
- 황화물계는 25년까지 대전 배터리 연구원에 파일럿 가인 구축할 계획
- 고분자-산화물 복합 고체전해질을 사용한 전고체 배터리도 25년 시제품 생산 계획
참고: 전지전능한 전지 이야기 - 고체 전해질 - 배터리인사이드 | BATTERY INSIDE (lgensol.com)