"2030년이면 10분 충전해 서울-부산 왕복 주파"···K-배터리 3사의 3색 전략

리튬황 배터리, 저렴하고 성능좋지만 짧은 수명

전고체 배터리, '꿈의 전지'라 불리지만 고비용

저가형 LFP, 에너지 밀도 높일 방법 연구 중

'인터배터리2024' 박람회가 2일차를 맞아 진행한 '더 배터리 컨퍼런스'에서 K배터리 3사 임원들이 배터리 업계 동향과 차세대 기술 전략을 7일 선보였다.

이번 컨퍼런스에는 고주영 삼성SDI 부사장과 김제영 LG에너지솔루션 CTO(최고기술책임자)전무, 이존하 SK온 부사장 겸 연구위원 등이 연사를 맡아 배터리 개발 방향에 대한 이야기를 나눴다.

삼성SDI는 전고체 배터리 시장 초기 시장 선점에 대한 기대감을 드러냈다. 동시에 대중화를 위한 연구개발에도 중점을 뒀다. 주행 거리를 600km까지 늘리고, 완충 시간을 9분까지 줄이면서 내연기관에 준하는 편의성을 확보하기 위함이다.

이날 고주영 삼성SDI 부사장은 전고체 배터리에 대해 "남이 준비됐을 때 '이제 타이밍이구나'하고 뛰어들면 늦기 때문에 처음부터 주도하고자 준비 중이다"며 시장 선점을 강조했다.

고 부사장은 "(차세대 배터리인) 자사 전고체 배터리(ASB) 샘플을 지난 12월 세 곳의 OEM(주문자생산방식)업체에 제출했다"며 "현재 평가중이고 양산 라인을 어떤 규모로 어떻게 지을 지 올해 상반기 결정을 앞두고 있다"고 말했다.

삼성SDI가 인터배터리2024에서 공개한 ASB는 양산 중인 기존 각형 배터리 대비 약40%정도 향상된 에너지 밀도를 가진 걸로 알려졌다.

이날 고 사장은 삼성SDI가 2026년 9분 만에 충전되는 배터리를 양산한다는 계획도 소개했다. 양극에는 하이니켈 니켈·코발트·알루미늄(NCA)을 음극에는 실리콘카본나노복합체(SCN)를 소재로 사용한다.

고 부사장은 "평균 5분이 걸리는 주유로 600㎞ 정도를 갈 수 있는 내연기관차와 동일한 전기차가 나올 수 있도록 배터리를 개발하는 것이 기본 전략"이라면서 "2026년이 되면 9분 만에 충전이 되는 배터리를, 2029년에는 20년 장수명을 가진 배터리를 개발하겠다"고 밝혔다.

LG에너지솔루션과 SK온은 차세대 배터리 개발에 "늦더라도 제대로"라는 입장을 내놨다.

LG에너지솔루션은 전고체 배터리 양산시점을 2030년으로 재차 밝혔다. 이는 경쟁사인 삼성SDI가 내놓은 양산시점인 2027년 보다 3년 정도 늦다.

김제영 LG에너지솔루션 전무는 "제대로 된 전고체 전지를 연구개발 하려면 문제점을 정확하게 인지해야 할 필요가 있다"면서 '무음극화'와 '전고체 전해질의 리튬이온 전달 저항'이 핵심이라고 강조했다. 김 전무는 "전해질 개발도 중요하지만 무음극화가 가장 중요하다"며 "어떤 음극을 사용하는가가 핵심이다"고 설명했다.

그러면서 "전고체 전해질의 핵심은 리튬이온 전달 과정에서 저항을 어떻게 줄일 수 있는가다"면서 "문제는 황화물계 전고체 전해질과 양극, 이종 소재 사이에서 리튬이온의 이동을 어떻게 잡을지 많은 연구를 진행하고 있다"고 덧붙였다. 

김 전무는 LG엔솔의 배터리 폼팩터(모양) 경쟁력에 대해서도 자신했다. 그는 "LG엔솔이 현재 양산 중인 폼팩터는 파우치와 원통형이다"라면서 "이 2가지의 폼팩터는 현재의 케미스트리(양극재·음극재 소재)와 미래의 다양한 형태의 모든 케미스트리를 다 지원할 수 있다"고 강조했다.

특히 '파우치형 폼팩터'의 적용 범위에 대해 김 전무는 "전고체 배터리에서 계면 저항을 줄이기 위해서는 균일하게 가압하는  게 중요하다"면서 "다양한 폼팩터 중 가장 균일한 가압 과정을 보여주는 건 파우치형이다"고 설명했다.

SK온도 충전 시간을 10분으로 단축할 수 있는 배터리를 오는 2030년에 선보일 예정이다. 회사는 전시회에서 충전시간을 기존 18분에서 15분으로 줄인 신제품을 공개했는데 이를 경쟁사인 삼성SDI(9분)에 비슷한 수준으로 단축하겠다는 계획이다.

이존하 SK온 부사장은 "오는 2030년에 10분만에 급속 충전이 가능한 제품을 내놓는 게 목표다"면서도 "충전시간이 9분 보다 줄어들면 에너지 밀도가 감소하므로 10분을 기술적 천장으로 보고 있다"고 설명했다.

또 2030년을 출시시기로 선정한 이유로 충전기 용량을 손꼽았다. 그에 따르면 기술적으로 배터리 개발은 이미 마쳤으나 실제 10분 급속충전엔 현행 초급속 충전기 용량인 350킬로와트(KW)보다 더 높은 450KW급 제품이 필요하다.

이 부사장은 중저가형 배터리에 대해 코발트 프리(Co-free)와 코발트 레스(Co-less), LFP(리튬인산철 배터리) 등을 개발하고 있다고 언급했다. 

코발트는 고가의 광물로 배터리 가격 증가의 원인 중 하나로 손꼽힌다. 이에 따라 업계에선 코발트를 줄이거나 없애되 최대한 본래 성능을 유지하는 걸 목표로 연구가 진행 중이라고 알려졌다.

이 부사장은 "(상대적으로 고비용인) 삼원계 배터리와 비교해 중저가형 배터리의 단점으로 꼽히는 에너지 밀도나 저온 성능 등을 높이는 방안을 강구해 적용 중이다"고 말했다.
 

고주영 삼성SDI 부사장이 7일 서울 강남구 삼성동 코엑스에서 열린 '더 배터리 컨퍼런스'에서 전기차 시장 수요와 제품군을 설명하고 있다. [사진=김민우 기자]

 

김제영 LG에너지솔루션 (CTO) 전무가 7일 서울 강남구 삼성동 코엑스에서 열린 '더 배터리 컨퍼런스'에서 건식 전극 공정의 장점을 설명하고 있다. [사진=김민우 기자]
 

이존하 SK온 부사장 겸 연구위원이 7일 서울 강남구 삼성동 코엑스에서 열린 '더 배터리 컨퍼런스'에서 SK온의 미래 전략에 대해 설명하고 있다. [사진=김민우 기자]