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한국 주요 전고체 배터리 부품업체와 상용화 현황

일일 보고서 2024년 09월 06일
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목차

  1. 요약
  2. 주요 기업별 전고체 배터리 부품 및 상용화 계획
  3. 전고체 배터리 기술의 장점
  4. 상용화 도전과 과제
  5. 정부 및 학계의 연구개발 지원
  6. 결론

1. 요약

  • 이 리포트는 한국의 주요 전고체 배터리 부품업체들이 추진하는 상용화 계획과 기술적 특징, 도전 과제 등을 다룹니다. 주요 기업으로는 삼성 SDI, LG 에너지 솔루션, SK온 등이 포함되며, 이들 기업은 전고체 배터리 양산을 목표로 다양한 기술을 개발 중입니다. 삼성 SDI는 황화물계 전고체 배터리를, LG 에너지 솔루션은 고분자 및 황화물계 배터리를, SK온은 고분자 및 산화물계 배터리를 중점적으로 연구하고 있습니다. 리포트는 전고체 배터리의 기술적 장점, 특히 높은 안전성과 에너지 밀도에 대해 설명하고, 상용화 과정에서 직면할 도전 과제와 이를 극복하기 위한 정부 및 학계의 지원 상황을 종합적으로 분석합니다.

2. 주요 기업별 전고체 배터리 부품 및 상용화 계획

  • 2-1. 삼성 SDI: 전고체 배터리 양극재, 음극재, 고체 전해질

  • 삼성 SDI는 2027년부터 전고체 배터리의 본격 양산을 목표로 하고 있습니다. 특히 황화물계 전고체 배터리를 상용화할 계획이며, 이를 위해 SDI 연구소 내에 전고체 배터리 파일럿 라인 'S라인'을 준공하고 시제품을 생산 중입니다. 2023년에는 900Wh/L 전고체 배터리의 양산 준비 로드맵을 공개하였고, 여러 고객사와의 협의도 진행 중에 있습니다. 삼성SDI는 전고체 배터리 기술력에서 업계 1위로 평가받고 있으며, 고체 전해질을 활용한 배터리의 안정성을 강조하고 있습니다. 관련 기사 출처: [미래컴퍼니, 삼성SDI 전고체 배터리 양산 확정](go-public-web-eng-6894450325681098276-0-0), [화재 위험 적어야 경쟁력](go-public-web-kor-6628418418256745958-0-0)

3. 전고체 배터리 기술의 장점

  • 3-1. 높은 안전성과 에너지 밀도

  • 전고체 배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하여 화재 위험을 현저히 줄여줍니다. 이로 인해 배터리의 안전성이 크게 개선되며, 안정성과 배터리 용량이 뛰어난 장점이 있습니다. 삼성SDI, LG 에너지 솔루션, SK온 등의 한국 주요 업체들은 전고체 배터리를 통해 전기차의 배터리 안전성을 높이고, 전기차 시장의 경쟁력을 강화하고자 하고 있습니다. 특히, 삼성SDI는 2027년부터 전고체 배터리 본격 양산을 목표로 하고 있으며, 이로써 에너지 밀도를 900Wh/L까지 높일 계획입니다.

  • 3-2. 기존 리튬이온 배터리 대비 기술적 우위

  • 전고체 배터리는 리튬이온 배터리의 기존 한계를 초월할 것으로 기대되고 있습니다. 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리는 에너지 밀도와 안정성을 높여주며, 외부 충격에 대한 저항성이 강화됩니다. SK온은 2028년 상용화를 목표로 황화물 전고체 배터리의 성능을 대폭 상승시킬 계획을 하고 있으며, 고에너지 밀도를 자랑하는 배터리를 개발 중입니다.

  • 3-3. 주행 거리와 안전성 향상

  • 전고체 배터리는 주행 거리와 안전성을 동시에 개선시킬 잠재력을 가지고 있습니다. LG 에너지 솔루션은 고분자 전고체 배터리를 2026년 상용화할 예정이며, 황화물 전고체 배터리를 2030년까지 양산할 계획입니다. 이는 전기차의 주행 거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 기회를 제공합니다. 또한, 해외 연구개발 및 협력 증진을 통해 전고체 배터리 상용화 시점을 앞당기고 있으며, 각 기업은 안정성과 성능을 접목하여 더욱 안전한 전기차를 제공하고자 합니다.

4. 상용화 도전과 과제

  • 4-1. 계면저항 및 고비용 문제

  • 전고체 전지의 개발 과정에서 계면 저항이 높은 문제와 고가의 출발 물질로 인해 비용이 발생하는 것이 주요 도전 과제로 지적되고 있습니다. 삼성SDI는 전고체 전지 라인을 셋업하였지만, 전해질이 고체이기 때문에 필연적으로 계면 저항이 발생하며, 이는 전고체 전지의 성능 저하로 이어질 수 있습니다. 이 문제 또한 관련 기업들이 해결해야 할 중요한 과제입니다.

  • 4-2. 고체 전해질의 취급 어려움

  • 고체 전해질의 취급이 어렵다는 점도 전고체 배터리 상용화의 큰 장애물로 작용하고 있습니다. 특히 황화물계 고체 전해질은 공기 중 수분과 반응하여 이온 전도도가 낮아지고, 뭉침 현상이 발생하며 유해가스인 황화수소가 생성되는 단점이 있습니다. 이러한 문제들은 제조 공정에서 취급의 어려움과 성능 저하의 원인으로 작용하므로, 대기 안정성을 종합적으로 고려한 신규 조성 화합물 및 합성 방법의 최적화가 요구됩니다.

  • 4-3. 양산화 과정에서의 기술적 장벽

  • 전고체 배터리를 양산하기 위해서는 여러 기술적 장벽이 존재합니다. 특히 고온과 에너지 수요, 온실가스 배출 등의 문제로 황화리튬과 같은 고가의 출발 물질이 광범위하게 사용되며, 이는 상용화의 진행을 저해하는 요소가 됩니다. 또한 기존의 생산공정과 관련된 여러 문제점들로 인해 고순도 및 저가격화가 필요하다고 지적되고 있습니다.

5. 정부 및 학계의 연구개발 지원

  • 5-1. 정부 지원 및 연구 프로젝트

  • 한국 정부는 전고체 배터리 개발을 위한 연구 프로젝트를 지원하고 있으며, 산업통상자원부는 전고체 배터리 개발 과제 참여기관을 선정하였습니다. 전기자동차용 900Wh/L급 황화물계 전고체 배터리를 개발하는 내용으로, 2028년까지 330억 원이 투입될 예정입니다. 참여 기업으로는 LG에너지솔루션, 현대차, 한화에어로스페이스 등 배터리 수요·제조 기업들이 포함되어 있습니다.

  • 5-2. 산학연 협력 사례

  • 전고체 배터리 생태계 전반의 경쟁력을 높이기 위해 산·학·연이 협력하고 있습니다. 한국전자기술연구원(KETI), 한국전자통신연구원(ETRI), 한국에너지기술연구원, 서울과기대, 한양대 등이 연구개발에 참여하고 있으며, LG에너지솔루션과 현대차 등 수요 기업은 실증을 통해 연구 성과의 상용화 가능성을 타진하기로 하였습니다.

  • 5-3. R&D 투자와 지원

  • 정부의 지속적인 연구개발과 투자는 전고체 배터리 기술의 상용화에 필수적입니다. 참여 기업들은 대면적 후막 양극, 고체전해질막, 무음극·극박형 음극 및 적층형 전고체 배터리 제조 공정 기술을 개발하며, 이는 기존 배터리 R&D와 달리 상용화 허들로 꼽히는 전극과 셀 제작 및 공정·설비 개발에 초점을 맞추고 있습니다. 과제 종료 후 곧바로 양산에 돌입할 수 있는 기반을 갖추는 것이 목표입니다.

6. 결론

  • 리포트에서 도출된 주요 발견은 한국 주요 전고체 배터리 부품업체들이 전기차 시장에서 경쟁력을 높이기 위해 다양한 기술적 시도를 하고 있다는 점입니다. 삼성 SDI, LG 에너지 솔루션, SK온 모두 전고체 배터리 기술을 발전시키고 있으며, 이를 통해 전기차의 주행 거리와 안전성을 크게 향상시키려고 합니다. 그러나 상용화를 위해 고비용과 계면 저항, 고체 전해질의 취급 어려움 등의 기술적 장벽을 해결해야 합니다. 이를 극복하기 위해 정부와 학계의 협력이 필수적이며, 지속적인 연구개발과 투자가 필요합니다. 이와 같은 노력들이 결실을 맺으면 전고체 배터리는 전기차 시장의 게임 체인저가 될 수 있을 것입니다. 향후 전고체 배터리의 발전이 전기차뿐만 아니라 다양한 에너지 저장 시스템에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대됩니다.

7. 용어집

  • 7-1. 삼성 SDI [회사]

  • 삼성 SDI는 전고체 배터리 양극재, 음극재, 고체 전해질 등을 연구 개발하며, 2027년 상용화를 목표로 하고 있습니다. 이 회사는 황화물계 전고체 배터리 기술에 강점을 지니고 있으며, 에너지 밀도와 안전성을 높이는 방향으로 지속적인 기술 혁신을 추진하고 있습니다.

  • 7-2. LG 에너지 솔루션 [회사]

  • LG 에너지 솔루션은 황화물계 전고체 배터리 기술 개발에 집중하고 있으며, 2030년 상용화를 목표로 하고 있습니다. 이 회사는 고분자계와 황화물계 전고체 배터리를 동시에 연구 중이며, 전기차 및 에너지 저장 시스템(ESS) 등에 적합한 솔루션을 제공하기 위해 노력하고 있습니다.

  • 7-3. SK온 [회사]

  • SK온은 고분자 및 산화물계 전고체 배터리 개발에 투자하고 있으며, 2029년 상용화를 목표로 하고 있습니다. 이 회사는 전고체 배터리의 안전성과 내구성을 증대시키기 위한 다양한 기술 개발에 집중하고 있습니다.

  • 7-4. 유일에너테크 [회사]

  • 유일에너테크는 고체 전해질 및 전극 소재를 개발하고 있습니다. 이 회사는 전고체 배터리의 고도화와 상용화를 위해 전해질의 성능을 개선하는 연구를 진행하고 있으며, 전고체 배터리 관련 주식 시장에서도 강세를 보이고 있습니다.

  • 7-5. 레이크머티리얼즈 [회사]

  • 레이크머티리얼즈는 황화리튬의 양산 설비를 갖추고 있으며, 이는 전고체 배터리의 핵심 소재 중 하나입니다. 이 회사는 전고체 배터리 상용화의 최대 수혜주로 평가받고 있으며, 전고체 배터리의 안전성과 성능을 높이는 고순도 유기화합물 소재를 개발하고 있습니다.

  • 7-6. 씨아이에스 [회사]

  • 씨아이에스는 전고체 배터리의 고체 전해질 및 음극 재료를 개발하고 있습니다. 이 회사는 전고체 배터리의 안정성을 높이기 위한 고체 전해질의 성능 개선에 주력하고 있으며, 향후 상용화 단계에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

8. 출처 문서