▲ LG에너지솔루션 CI

LG에너지솔루션이 차세대 전고체 배터리의 상용화를 위한 과학적 과제 해결이 필요하다고 밝혔다.

LG에너지솔루션 김제영 상무(셀CELL 선행개발센터장)는 25일 SNE리서치가 코엑스에서 개최한 온오프라인 NGBS2021에서 ‘LG에너지솔루션의 배터리 사업방향’을 발표했다.

김 상무는 차세대 배터리로 전고체 배터리가 가장 유망하다고 전망했다. 전고체 배터리는 양극과 음극간 리튬이온 이동을 돕는 전해질을 액체가 아닌 고체로 바꾼 차세대 꿈의 전지로 세계적으로 연구가 활발히 진행중이다. 20년 전 가장 인기를 끌었던 리튬황이나 잠시 인기가 많았던 리튬에어는 구현 가능성이 낮은 것으로 진단했다.

김 상무는 “전고체 배터리는 고체와 고체가 물리적으로 맞닿기 때문에 외부 압력이 필수”라며 “소재를 말아서 만드는 각형 배터리보다 소재를 쌓는 스텍형식 파우치형 배터리가 안정적”이라고 말했다. LG에너지솔루션은 이미 파우치형 배터리 분야를 선점해 점유율을 높여가는 양상으로 관련 분야 개발에 더 유리할 수 있다.

이어 그는 "전고체는 상업화와 대량생산이 되려면 증명할 과학적 과제가 많은 등 어려움이 있어 이를 극복해야할 것"이라고 밝혔다.

김 상무는 2025년 이후의 EV형 배터리와 배터리 소재에 대한 전망을 전했다. 김 상무는 앞으로 기술개발에 따라 거리이슈는 중요하지 않을 것이라며 나머지 3가지를 강조했다. △퀵차지(급속충전) △라이프사이클(수명) △안전 이다.

퀵차지는 매우 중요하다. 현재는 80%까지 충전하는데 꽤 오랜 시간이 걸린다. 최소 시간이 20분이다. 보통 30~1시간이 걸린다면 대중화 및 상용화 시 많은 이들의 불만이 생길 여지가 있다. 지금까지는 전기차를 이용하는 사람들의 인식이 환경에 일조한다는 의식 등으로 양해받는 부분이 있지만 전기차가 시장의 25%정도를 차지할 때는 문제가 표면화된다며 이는 매우 중요한 화두이며 기술 핵심 가치가 있는 부분이라고 설명했다.

다른 가치 지향점은 라이프사이클의 문제다. 전기차를 쓰고 난 뒤의 문제를 논한다. 사이클 퇴화 후 셀에 내부저항이 오르고 파워가 나오지 않을 때 ESG 기반의 새로운 비즈니스 모델을 생각해야한다. 그는 이 또한 중요 가치가 있는 연구 분야가 될 것이라고 예측했다.

가격문제도 있다. 블룸버그 자료에 의하면 배터리팩 단가는 2010년 kWh당 1,183달러에서 2020년 132달러 수준으로 빠르게 떨어졌다. 2025년 86달러까지 낮아질 전망이지만 쉽지 않은 부분이라고 전했다.

김 상무는 완성차업체가 바라는 가격 이슈 해결을 위해 △협력사와의 장기간계약으로 공급안전성 강화 △고용량 소재 적용(하이니켈 등), △설계자체 고로딩화(단위면적당 활물질량 증가)를 통한 투자비 절감 △스마트 매뉴팩처링 이용 생산 △저비용 디자인 연구가 중요하다고 전했다.

현재 배터리 개발 현황도 전했다. 2020년 기준 300마일 정도는 한 번 충전으로 주행이 가능해 가솔린차량과 비교해도 크게 떨어지지 않는다고 말했다. 20분 내에 급속충전도 가능하며 이미 일정 모델 차량에는 탑재가 되어있다.

350마일, 600~700KM이상도 기존 LIB로 가능할 수 있지만 급속충전 15분 이내는 어려운 과제라고 말했다. 급속충전과 에너지밀도를 높이는 것은 항상 반대를 향하기 때문에 한계가 있기 때문이다. 충전속도를 높이려면 전극을 얇게 만들어야하는데 그러면 용량을 늘리기 어려운데다 안전성 문제도 있어,아직까진 NCM(니켈코발트망간)을 대체할 소재는 보이지 않는다고 말했다.

소재부분에서는 LG에너지솔루션이 주력하는 파우치형 배터리에 대해 설명했다. 파우치형은 에너지밀도가 높아 주행거리가 길고 무게가 가볍다. 작고 가벼운 배터리를 만들어내는 것은 차량의 디자인 및 설계에 매우 중요한 요소가 된다.

4대 배터리 소재에 대해서는 양극재의 하이니켈화, 음극재의 수명관리 이슈, 분리막의 안정성 확보 문제, 전해질의 고성능화 등의 발전 방향을 설명했다.