[전기차 전환 시대] 배터리업계, ‘게임체인저’ 전고체 배터리 양산 속도

▲전고체 배터리를 사용한 도요타자동차의 프로토타입 차량이 시운전하는 모습. (사진제공=도요타자동차)

배터리업계가 전기차 배터리 시장의 판도를 뒤바꿀 ‘게임체인저’로 불리는 전고체 배터리 개발에 사활을 걸고 있다. 국내 배터리 3사는 업계 선두주자인 일본을 추격하며 격차를 좁히고 있다.

2일 업계에 따르면 글로벌 배터리 업체의 전고체 배터리 개발에 속도가 붙고 있다. 현재 글로벌 배터리 시장은 리튬이온전지를 중심으로 경쟁이 이어지고 있다. 하지만 리튬이온전지가 화재 폭발 위험성, 짧은 주행거리 등 한계가 있어 이를 극복하기 위해서다.

전고체 배터리는 양극과 음극 간 이온을 전달하는 전해질을 액체가 아닌 고체로 대체한 배터리다. 불연성인 고체를 사용해 화재 위험이 없고, 온도변화나 외부 충격에도 강해 차세대 배터리로 평가받는다.

특히 올 2분기 국내 배터리 3사의 전기차 배터리 점유율은 전년 동기(34.9%)보다 9.1%포인트(p) 하락한 25.8%를 기록했다. 시장 선도와 점유율 반등을 위해 전고체 배터리 개발이 시급한 상황이다.

현재 전고체 배터리 개발을 둘러싸고 한일 간 경쟁이 치열하다. 수치상으로는 도요타자동차와 파나소닉 등 일본 기업이 앞서고 있다.

지난달 니혼게이자이신문은 특허조사업체와 공동으로 일본ㆍ미국ㆍ유럽ㆍ중국 등 10개국·지역과 세계지식재산기구(WIPO) 등 2개 기관에 출원된 전고체 배터리 관련 특허 보유 건수를 조사해 보도했다.

조사 결과 도요타가 2000년부터 올해 3월 말까지 확보한 관련 특허 건수는 1331건으로 보유 수 1위를 차지했다. 2위는 파나소닉(445건), 3위는 이데미츠코산(272건)으로, 이들 3개 사를 포함해 상위 10개 중 6개가 일본 업체였다.

4위는 삼성전자, 5위는 무라타제작소, 6위는 LG화학, 7위는 스미토모 전기공업, 8위는 후지필름, 9위는 현대자동차, 10위는 LG에너지솔루션 순이었다.

그러나 한국의 추격 속도도 못지않다. 삼성전자와 LG화학은 2016년 이후 전고체 배터리 특허 수를 늘리며 일본 기업들을 추격해왔다. 2016~2020년 도요타의 특허 수가 이전 5년보다 40% 늘어나는 동안 삼성전자는 2배, LG화학은 3배 특허 수가 급증했다.

특히 삼성SDI는 지난 3월 경기도 수원 SDI연구소 내에 6500㎡ 규모의 전고체 전지 파일럿(시범생산) 라인을 착공했다. 주요 배터리 기업 중 전고체 파일럿 라인을 착공한 곳은 삼성SDI가 처음이다.

연구개발뿐 아니라 배터리 생산능력도 향상하기 위해 배터리 3사는 올해 시설투자에만 15조 원이 넘는 금액을 투자한 것으로 알려졌다.

업계에서는 전고체 배터리 시장이 본격적으로 형성되는 시점은 2030년 이후라고 보고 있다. 양산에 성공해도 상용화 단계를 거쳐야 하기 때문이다.

실제로 일본에 있는ㆍ부품 업체인 TDK는 소형 전고체 배터리의 실용화에 성공했지만, 전기차에 쓰이는 대형 배터리는 상용화까지 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 일본 토요타의 경우는 전고체 배터리의 상용화 시점을 2025년으로 이미 설정한 상태다.

국내에선 LG에너지솔루션이 2026년(고분자계)ㆍ2030년(황화물계)을, 삼성SDI가 2027년을 각각 전고체 배터리 상용화 시점으로 보고 있다.

배터리업계 관계자는 “전고체 배터리는 아직 기술개발 단계여서 상용화까지 시간이 소요될 것으로 보인다“면서 “상용화 시기보다 누가 먼저 전고체 배터리를 장착한 실제 전기차를 양산하느냐가 더 중요할 것”이라고 설명했다.