황화물계 고체전해질 양산 방법 및 현재 상태 분석

1. 요약

• 이 리포트는 황화물계 고체전해질의 양산 방법과 현재 양산 현황, 주요 기술적 도전 과제 및 주요 기업들의 사례를 다룹니다. 황화물계 고체전해질은 전고체 배터리의 핵심 소재로, 리튬 이온을 효율적으로 전도하여 배터리의 성능을 향상시키는 역할을 합니다. 롯데에너지머티리얼즈, 포스코홀딩스, 솔리비스 등 주요 기업들이 양산을 준비 중이며, 각각 고유의 기술과 전략을 사용하고 있습니다. 중요한 발견 내용으로는 고이온전도 조성, 수분 안정성 개선, 다양한 합성 방법 등이 있습니다. 주요 기술적 도전 과제로 높은 생산 비용과 수분 안정성 문제가 지적되며, 이를 극복하기 위한 연구 개발이 필수적입니다. 향후 전고체 배터리 시장의 성장 가능성과 함께, 이러한 기술들이 앞으로 어떻게 발전할지에 대한 전망을 제공합니다.

2. 황화물계 고체전해질의 기본 개념

• 2-1. 황화물계 고체전해질의 정의

• 황화물계 고체 전해질은 전고체 배터리의 핵심 소재로, 리튬 이온을 효율적으로 전도하여 배터리의 충방전 속도를 향상시키는 역할을 수행합니다. 이 전해질은 황화물 계열 물질로 구성되어 있으며, 특히 수분에 대한 불안정성을 가지고 있어 대기 중에 노출될 경우 유독한 황화수소 가스를 방출하게 됩니다.

• 2-2. 황화물계 고체전해질의 주요 역할

• 황화물계 고체 전해질은 다음과 같은 주요 역할을 합니다: 1. **효율적인 이온 이동:** 고이온전도 조성을 통해 리튬 이온의 빠르고 효율적인 이동이 가능하게 합니다. 2. **배터리 성능 향상:** 입도제어 기술을 통해 고체 전해질 입자의 크기와 분포를 조절하여 충방전 속도 및 효율성을 개선합니다. 3. **수분 안정성 확보:** 황화물계 고체 전해질이 수분에 노출되는 경우에도 화학적 구조와 성능을 보존할 수 있도록 수분 안정성 조성을 적용하여 배터리의 수명 저하를 방지합니다. 롯데에너지머티리얼즈는 이와 같은 기술을 바탕으로 황화물계 고체 전해질의 양산을 추진하고 있으며, 연산 70톤의 고체 전해질을 양산할 수 있는 파일럿 공장을 운영하고 있습니다. 향후 2027년까지 1200톤으로 증설할 계획을 가지고 있으며, 고객사와의 공급계약을 통해 본격적인 양산에 나설 예정입니다.

3. 양산 공정

• 3-1. 원료 준비

• 롯데에너지머티리얼즈는 황화물계 고체 전해질의 양산을 위해 차세대 배터리 소재에 대한 연구개발을 진행하고 있으며, 관련 원료를 선별 및 준비하고 있습니다. 이 과정에서 황화물계 고체 전해질의 성능을 끌어올릴 수 있는 고이온전도 조성 기술을 활용하고 있습니다.

• 3-2. 합성 및 형성

• 롯데에너지머티리얼즈는 황화물계 고체 전해질의 다양한 합성 공정을 개발하고 있으며, 건식 및 습식 합성을 통하여 생산 능력을 확대할 수 있는 기반을 마련하고 있습니다. 이를 통해 배터리의 대량 생산 가능성과 생산 비용 절감이 이루어질 것으로 기대되고 있습니다.

• 3-3. 수분 안정성 개선

• 황화물계 고체 전해질은 수분에 노출될 경우 화학적 구조와 성능을 유지하기 어려운 문제를 겪고 있습니다. 롯데에너지머티리얼즈는 수분 안정성 조성을 통해 이러한 문제를 해결하고 있으며, 이 기술을 통해 배터리 성능과 수명이 급격하게 저하되는 단점을 보완하고 있습니다.

• 3-4. 최종 제품 개발 및 테스트

• 롯데에너지머티리얼즈는 황화물계 고체 전해질의 초도 샘플 생산을 시작할 준비를 하고 있으며, 9월 말 인허가 승인을 받은 후 테스트 가동에 돌입할 계획입니다. 최종 승인이 이루어진 후에는 고객사에 대한 제품 공급계약을 확정할 예정이며, 연산 1200톤 규모로 생산설비를 증설할 것입니다.

4. 황화물계 고체전해질의 기술 도전 과제

• 4-1. 수분 안정성 문제

• 황화물계 고체 전해질은 수분에 불안정하여 대기에 노출되면 유독한 황화수소 가스를 발생하면서 성능이 저하되는 문제를 안고 있습니다. 롯데에너지머티리얼즈는 수분 안정성 조성을 활용하여 수분에 노출되었을 때 화학적 구조와 성능을 유지할 수 있도록 개선하였습니다.

• 4-2. 고이온전도 조성

• 롯데에너지머티리얼즈는 고이온전도 입도 제어 기술을 통해 고체 전해질 입자의 크기와 분포를 조절하여 배터리의 충방전 속도와 효율을 개선하였습니다. 이를 통해 리튬이온이 고체 전해질 내에서 빠르고 효율적으로 이동할 수 있도록 하였습니다.

• 4-3. 다양한 합성 방법 활용

• 황화물계 고체 전해질은 건식 및 습식 합성 등 다양한 양산 공정 개발이 가능합니다. 이러한 다양한 공정 개발 능력은 배터리의 대량 생산 가능성과 생산 비용 절감을 실현할 수 있는 기반이 됩니다. 롯데에너지머티리얼즈는 이러한 방법을 통해 차세대 배터리 소재 역량을 강화하고 있습니다.

5. 현재 주요 기업들의 양산 현황

• 5-1. 롯데에너지머티리얼즈의 양산 현황

• 롯데에너지머티리얼즈는 황화물계 고체 전해질의 양산을 본격적으로 준비하고 있습니다. 올해 중으로 전북 익산에 위치한 파일럿 공장을 가동할 예정이며, 이 공장은 총 150억원을 투자하여 연산 70톤의 고체 전해질을 양산할 수 있도록 설계되었습니다. 2027년까지 연산 1200톤으로 증설할 계획을 가지고 있으며, 현재 수분 안정성 조성을 통해 황화물계 고체 전해질의 성능 저하를 방지하고 있습니다. 롯데에너지머티리얼즈는 고이온전도 입도제어 기술로 배터리 충방전 속도와 효율을 개선하고 있으며, 다양한 양산 공정 개발 능력을 갖추고 있어 대량 생산으로 이어질 것으로 기대하고 있습니다.

• 5-2. 포스코홀딩스의 황화리튬 생산

• 포스코홀딩스는 황화리튬의 생산 테스트 설비를 갖추고 샘플 생산을 시작하였습니다. 황화리튬은 고체 전해질을 만드는 필수 소재로, 포스코홀딩스는 기존 리튬 생산 공정에서 나오는 황산리튬을 활용하여 생산하고 있으며, 산소 함유량을 0.4~0.5%까지 낮추는 것이 가능합니다. 이 회사는 최근 황화리튬의 대량생산을 통해 배터리 가격을 낮출 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 포스코홀딩스는 황화리튬을 생산하여 전고체 배터리 개발을 위한 합작 회사에 공급할 예정입니다.

• 5-3. 솔리비스의 생산 기술과 연구개발

• 솔리비스는 세계적인 수준의 고체 전해질을 자체 기술력으로 양산할 수 있는 원천기술을 보유하고 있으며, 특히 황화물계 고체 전해질 생산에 집중하고 있습니다. 솔리비스의 고체 전해질은 일본 경쟁사에 비해 높은 이온전도도를 기록하고 있으며, 기속적인 연구개발로 황화물계의 낮은 이온전도도를 극복할 가능성을 보여주고 있습니다. 이 회사는 현재 횡성에서 고체 전해질을 양산할 새로운 공장을 건설 중이며, 이는 회사의 글로벌 시장 진출에 중요한 이정표가 될 것입니다.

6. 황화물계 고체전해질 양산 방법 및 현재 상태 분석

• 6-1. 황화물계 고체전해질의 현재 양산 현황

• 황화물계 고체전해질은 현재 여러 기업들이 양산을 활발히 진행하고 있으며, 특히 포스코홀딩스와 솔리비스가 주목받고 있습니다. 포스코홀딩스는 최근 황화 리튬 생산을 시작하였으며, 연내 파일럿 플랜트를 구축할 계획입니다. 그들의 황화 리튬 생산 공정은 기존 공정에서 나오는 황산리튬을 탄소와 가열하여 제작하며, 산소 함유량을 0.4~0.5%로 낮추는 기술력을 갖추고 있습니다. 반면, 솔리비스는 자체 기술력으로 고체 전해질을 양산할 수 있는 원천기술을 보유하고 있으며, 현재 황화물계 고체 전해질 생산에 집중하고 있습니다.

• 6-2. 주요 기업들의 기술적 도전 과제

• 황화물계 고체전해질은 여러 기술적 도전 과제가 존재합니다. 우선, 높은 생산 비용이 가장 큰 문제로 지적되고 있습니다. 현재 황화 리튬 가격은 ㎏당 1500~2000달러로, 기존 액체 전해질 가격인 9달러와 큰 차이를 보입니다. 또한, 수분 안정성 문제가 있으며, 황화 리튬이 수분이나 산소와 반응하면 유해한 황화수소가 만들어질 수 있습니다. 따라서 이를 해결하기 위한 기술 개발이 필수적입니다.

• 6-3. 전고체 배터리 시장의 현재 동향

• 전고체 배터리 시장은 에너지 밀도와 안전성을 이유로 성장하고 있습니다. 특히, 황화물계 고체 전해질은 화재와 폭발 위험이 낮아 '꿈의 배터리'로 불리고 있습니다. 현재 국내에서 레이크머티리얼즈, 이수스페셜티케미칼, 정석케미칼 등이 황화 리튬을 생산하고 있으며, 이들 기업의 합산 생산 능력은 약 200t으로 추정됩니다. 그러나 2030년까지 수요량은 1만5000t을 웃돌 것으로 예상되고 있습니다.

7. 결론

• 황화물계 고체전해질은 전고체 배터리 분야에서 중요한 역할을 하고 있으며, 롯데에너지머티리얼즈, 포스코홀딩스, 솔리비스 등의 기업들이 첨단 기술과 연구개발로 이의 양산을 선도하고 있습니다. 주요 발견 사항으로는 황화물계 고체전해질의 고이온전도 조성, 수분 안정성 문제 해결 방안, 다양한 합성 방법 등이 있습니다. 이러한 기술적 발전은 배터리 성능을 크게 향상시키며, 전고체 배터리 시장의 확장을 견인할 것입니다. 그러나 여전히 높은 생산 비용과 수분 안정성 문제 등 기술적인 도전 과제가 남아 있습니다. 이를 극복하기 위해서는 지속적인 연구개발과 기술 혁신이 필요합니다. 향후 전고체 배터리 시장은 에너지 밀도와 안전성을 이유로 크게 성장할 것으로 예상되며, 황화물계 고체전해질 기술의 발전은 이를 가속화할 것입니다. 따라서 실질적인 기술 적용 및 상업화를 위해서는 현재의 기술적 한계를 극복하는 것이 중요합니다.

8. 용어집

• 8-1. 롯데에너지머티리얼즈 [회사]

• 롯데에너지머티리얼즈는 황화물계 고체전해질의 양산을 앞두고 있으며, 다양한 합성 방법과 수분 안정성 개선 기술을 바탕으로 전고체 배터리 시장에서 리딩기업으로 자리 잡고자 합니다.

• 8-2. 포스코홀딩스 [회사]

• 포스코홀딩스는 황화 리튬 생산을 통해 전고체 배터리의 밸류체인을 강화하고 있습니다. 기존 리튬 생산 공정을 활용하여 황화 리튬의 생산 비용을 절감하고자 합니다.

• 8-3. 솔리비스 [회사]

• 솔리비스는 황화물계 고체전해질의 양산 기술을 갖추고 있으며, 고이온전도성을 바탕으로 전고체 배터리의 성능을 극대화하는 연구개발을 진행하고 있습니다.

9. 출처 문서

• 롯데에너지머티, 전고체 토탈 솔루션 선점 속도…고체 전해질·니켈도금박 개발 박차https://m.ceoscoredaily.com/page/view/2024090514542310476
• Recent Advances in Interface Engineering for All-Solid-State ...https://ceramist.or.kr/journal/view.php?number=1007
• “전고체 배터리 상용화, 더 이상 꿈이 아니다”https://m.khan.co.kr/economy/auto/article/202407060800011
• 전고체 배터리도 밸류체인 쌓는 포스코…황화 리튬 사업 뛰어든다https://v.daum.net/v/20240513110616268
• “전고체 배터리 상용화, 더 이상 꿈이 아니다”https://www.khan.co.kr/economy/auto/article/202407060800011