▲ 전고체 전지의 시장 전망

차세대 꿈의 전지인 전고체 배터리 시장이 2030년엔 현재대비 67배나 급증할 것으로 전망됐다.

SNE리서치 김대기 부사장은 26일 2021 NGBS 세미나에서 올해 2GWh인 전고체 배터리 시장이 2030년 135GWh로 대폭 확대될 것이라고 밝혔다. 이는 전체 전기차 배터리 시장의 4%에 달한다.

전고체 전지의 전해물 종류는 산화물, 황화물, 폴리머, 하이브리드로 구분되는데, 종류별로 보면 폴리머 65, 황화물 37, 산화물 21, 하이브리드 10 순으로 비중을 차지했다.

김 부사장은 가장 전망이 밝은 전해물 종류로 황화물계를 꼽았다. 그러나 기술 측면에서 폴리머와 산화물계 역시 중요하다고 말했다. 황화물계는 일본의 도요타, 한국의 삼성SDI를 비롯한 회사가, 산화물계는 스타트업 등이 연구중이다.

각 전해물은 뚜렷한 장단점이 존재하는데 황화물은 이온전도도가 가장 높게 구현 가능하지만 수분과 만나면 황화수소가스를 만드는 등 단점이 있다. 산화물은 핸들링이 어렵다.

그는 전고체 배터리로 바뀌어도 양극재, 음극재 등 기존 개발 무드는 바뀌지 않을 것이라며, 기존 전해액의 문제점을 해결했기에 개발 속도는 빨라질 것이라고 전망했다.

그는 전고체 배터리가 산화물계 위주의 소형 IT쪽에 적용될 것으로 예측했다. 또 전기차나 에너지장치 등 많은 국가별 시범사업에 전고체 전지를 사용하는 과제에 활용될 것으로 보았다.

또 2025년에는 스타트업을 중심으로 양산을 시작하고 도요타 등도 양산에 나설 것으로 예상했다. 2030년은 현재의 각 배터리사들이 2025년~2028년 사이에 적은 양을 한 두 라인 설치해 전고체 양산에 나설 것으로 평가하며 대표적인 업체로 삼성SDI, LG에너지솔루션, 중국의 CATL을 꼽았다.

또 향후 2030년, 2035년까지는 기존 리튬이온 배터리가 시장을 리드하는 한편, 2035년 이후에는 전고체를 중심으로 이뤄질 것으로 보았다. 2035년까지는 리튬이온 배터리가 견고한 위치를 차지할 것으로 예상했다.

김 부사장은 이밖에도 △전고체전지의 주요 4가지 타입별 종류 및 특성 △각 타입별 원천특허 보유현황 △전고체 OEM 조인트 벤처 협업 현황 및 업체 소개 등을 전했다.

한편, 전고체 배터리는 기존 리튬이온전지의 전해액을 빼고 고체 전해질을 넣은 것이다. 현재 LFP를 액상전해질을 쓰고 산화물, 황화물, 폴리머, 하이브리드 타입의 전해물을 넣으면 전고체 전지가 된다.

배터리 연구자들의 계속적인 연구 결과, 새로운 기술개발에 따른 한계에 봉착했다. 양극재, 음극재 등 개발에 전해액은 그간 기술발전을 잘 수행해왔지만 높은 전압이상일 때 반응을 일으키거나 문제가 생기기도 한다.

전기차 화재발생 수는 내연기관의 경우보다 작지만 화재발생시 큰 규모로 발생한다. 전해액이 화재의 여지를 주느니, 아예 없애자는 생각으로 전고체전지가 관심을 받게 됐다.

전해액은 낮은 온도에서 얼거나 하는 단점이 있다. 고체는 높은 온도에서도 활용이 가능하고 냉각장치가 들어가지 않아도 된다는 장점이 있다.

전고체 배터리는 오랫동안 연구돼왔다. 하지만 액상이 훨씬 좋은 성과를 냈고 이온전도도 역시 높았기 때문에 전고체 배터리가 상용화 되지 못했다. 최근 많은 연구를 통해 액상 이온전도도를 넘기도 하고, 비슷한 수준에 이르기도 했다.