차세대배터리 전고체-리튬메탈-리튬황 및 보급형 LFP 개발 앞당기기
정부가 배터리 초격차 기술개발과 가격경쟁력 확보를 위해 차세대 배터리 및 보급형 배터리 개발에 박차를 가한다.
이미 민간의 배터리 기업들이 앞다퉈 이에 나서고 있으나, 정부 차원에서 종합적인 지원체계를 구축해 기술개발을 앞당기기 위한 것이다. 또 이 프로젝트에 더 신뢰성을 주기 위한 조치로 풀이된다.
‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리를 포함한 차세대 배터리 기술개발 사업이 본격 시작된다. 이 사업에는 LG에너지솔루션-산성SDI-SK온 등 배터리 3사가 모두 참여할 전망이다. 산업통상자원부 안덕근 장관은 11일 민관합동 배터리 얼라이언스에 참석해 올해 민-관이 함께 대응할 핵심 과제들을 점검하고 향후 대응 방향을 논의했다. 이 자리에서 배터리 3사 등은 민-관 합동 차세대 기술개발 사업의 필요성에 공감하고 참여 의사를 밝혔다.
차세대 배터리란 기존 소재와는 다른 물질을 사용해 배터리 성능-안전성을 획기적으로 높인 이차전지를 말하며, 현재 상용 배터리가 기술적인 한계에 도달하며 게임 체인저로 주목을 받고 있다. 우리나라는 배터리 3사를 중심으로 개별 기업 단위에서 개발이 이미 진행중이다.
그러나 이번 과제를 통해 국내 부품-소재-장비-셀-완성차 기업을 모두 포함한 차세대 배터리 생태계의 확고한 조성을 추진한다. 정부는‘28년까지 총 1,172억 원을 투입해 전고체, 리튬메탈, 리튬황 배터리 등 3가지의 유망 배터리를 개발할 계획이다.
이날 얼라이언스에서는 차세대 배터리 외에도 올해 민-관이 함께 추진할 다양한 주제들이 논의 테이블에 올랐다. 보급형 배터리 개발을 위해 배터리 3사와 에코프로-LNF 등은 LFP 제품 관련 투자를 진행 중에 있고, 산업부는 지난해 LFP 배터리에 이어 올해 나트륨 배터리 기술개발 사업을 추진해 민간의 기술 확보를 지원할 계획이다.
국내 투자와 관련해 우리 기업들은 올해 총 9조 원 이상의 자금을 설비와 연구개발(R&D)에 투자할 예정이다. 이 중 설비 투자에 총 7.1조 원이 투입될 예정이며 주요 설비로는 차세대 배터리 파일럿 라인, 4680 원통형 배터리 생산라인, LFP 양극재 생산라인, 흑연 가공 등 음극재 생산라인 등이 있다.
안덕근 장관은 올해 민-관이 함께 풀어야 할 과제로 ▷차세대 배터리 기술개발, ▷보급형 제품 개발, ▷인플레이션 감축법(IRA) 등 통상현안 대응, ▷국내 투자를 통한 공급망 자립화, ▷배터리 전주기 순환체계 구축 등 5대 과제를 제안했다. 이같은 과제들을 해결하기 위해 이번 얼라이언스를 시작으로 민-관 소통과 협력을 더욱 강화해 나가겠다고 밝혔다.
배터리 얼라이언스에는 ▷배터리 셀-LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 ▷완성차-현대차 ▷소재-에코프로, 엘앤에프, 포스코퓨처엠, 엔켐 ▷광물-고려아연, LS MnM ▷리사이클링-피엠그로우 ▷관련기관-광해광업공단, 배터리산업협회 등 13개 기업과 기관이 참여했다.
‘28년 개발을 목표로 차세대 배터리인 ▷전고체 배터리, ▷리튬메탈 배터리, ▷리튬황 배터리 등 유망기술 3개 분야의 기술 개발이 추진된다. 향후 5년간 1,172억 3,000만원이 투입된다.
첫번째 전고체 배터리 개발이다 고체 전해질을 이용해 화재 발생 가능성을 획기적으로 줄여 꿈의 배터리라 불리고 있으며, 전기차를 비롯 많은 분야에 활용 가능하다.
두번째 리튬메탈 배터리 상용화다. 음극소재에 흑연 대신 리튬메탈을 사용해 에너지밀도와 수명 개선이 목표다. 특히 흑연을 사용하지 않아 공급망 안정화에 기여할 수 있다.
셋째 리튬황 배터리다. 양극소재에 리튬이 아닌 황을 사용해 기존 배터리 보다 가벼워, UAM 등 기체의 무게가 중요한 도심항공용으로 적합하다.
4월 과제 공고를 통해 상반기 중 평가를 거쳐 본격적인 사업에 착수한다.
전기차시장 부진과 가격경쟁 돌입에 따라 세계의 완성차社들이 비교적 저렴한 원가의 LFP 배터리 채택을 연이어 발표하며, LFP 배터리의 점유율은 급격히 증가 중(‘20년 16% → ’23년 38%)이다.
LFP 배터리 기술개발 사업 목표는 ▷리튬인산철 배터리 양극 소재의 국산화, ▷세계 최고 에너지밀도를 가진 리튬인산철 배터리셀 제조 기술개발로 ‘23년부터 이미 개발에 착수해 ’26년까지 4년 233억이 투입된다.
참여기업은 삼성SDI(배터리), 에코프로비엠(양극재) 등과 경기?서강대 및 세라믹기술원-기계전기전자시험연구원-화학연구원 등이 합작한다.
나트륨 배터리 기술개발 목표는 상용 리튬이온배터리를 대체할 수 있는 저가격-장수명 나트륨이온배터리의 핵심소재 및 셀 제조기술 개발이다. 24년부터 ’27년까지 4년간 282억이 투입된다.
현재 전고체 배터리는 삼성SDI,이수화학,씨아이에스,미래컴퍼니,나래나노텍,한농화성,아바코,엘티씨, ㈜TDL 등 수많은 대-중소기업들이 너도나도 이미 개발중이다. 삼성SDI는 10여년 전부터 해외 모터쇼와 배터리 관련 전시회에서 1회 충전에 800km 주행, 1000회 이상 배터리 재충전이 가능한 전고체 배터리 원천기술을 선보이면서 현재 배터리 원천기술을 확보하고 요소기술 개발 단계로 2027년 상용화를 목표로 하고 있다.
전고체 배터리는 아직 상용화가 가시화되지 않았다. 한 번 상용화가 되면 그 때부터는 수요는 증가가 눙에 보여 전망이 밝다. 아직까지 실제로 쓸만한 제품이 개발되지 않았다는 점을 고려를 해야하며 고체이니 만큼 액체보다는 이온이 움직이는 속도가 느려서 리튬이온배터리보다는 출력이 떨어지고 가격도 비싸다는 우려를 극복해야 한다.
그러나 우리 배터리의 차세대 목표는 역시 전고체 배터리다. 지금까지 리튬이온배터리는 내부에 액체 상태인 전해액이 전자를 이동시키면서 에너지를 저장·방출해왔다. 전고체 배터리란 이 역할을 액체 대신 고체 상태의 전해질이 대신하는 것을 뜻한다.
액체보다 운동성이 떨어지는 고체를 이용하려는 까닭은 안전 문제 때문이다. 가파르게 늘던 전기차 판매가 지난해부터 주춤한 이유에는 비싼 가격과 충전 불편 이외에 소비자의 불안도 상존한다.
전고체 배터리는 이런 화재 우려를 큰 폭으로 줄여 '게임 체인저'로 불리기도 하는데, 마침 산업통상자원부는 오늘(11일) 배터리 3사(LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온)와 기술 개발을 위해 2028년까지 모두 1,172억 원을 투입키로 했다
우리가 주도해온 리튬이온배터리 시장은 이미 기술적으로 포화 상태로 한계를 보인다는 지적이 많다. 이에 따라 차세대 배터리엔 음극재에 흑연이 아닌 금속을 사용해 에너지 밀도를 높인 리튬메탈 배터리와, 양극재에 황을 이용해 가볍게 만든 리튬황 배터리도 개발도 숙제다. 리튬황 배터리는 무게가 가볍기 때문에 도심 항공 모빌리티(UAM)에 사용이 적합한 것으로 평가받고 있다.
우리 배터리 3사의 주력인 삼원계(NCM, 니켈 ·코발트 ·망간을 양극재에 쓴 배터리)보다 기술 수준이 낮지만, 싼 가격 덕에 수요가 빠르게 늘고 있는 것이 중국산 LFP 배터리다. 이차전지 시장 점유율 측면에서 2020년 16%에 불과했지만, 2023년에는 2배인 38%로 늘었다.
LFP 배터리는 에너지 밀도가 낮아 주로 고성능 전기차를 생산하는 우리 업계에선 많이 채택하지 않았다. 그런데 세계 각국의 보조금 축소와 경기 둔화의 영향으로 보급형 전기차 수요가 늘어난 만큼 보급형 배터리의 수요 또한 늘어나는 추세다.
이에 정부는 11일 보급형 기술인 LFP와 나트륨 배터리 기술개발에도 약 500억 원을 투자하겠다고 밝혔다.
민간이 주도했던 차세대 배터리와 보급형 배터리 개발 경쟁을 정부가 적극 지원하고 서로 경쟁보다는 상생을 통해 배터리 선도국으로 또 초격차 기술 확보로 배터리산업국의 위치가 더 공고해지길 기대한다. 수십년간 국가와 국민들의 먹거리 산업으로 확고히 자리잡는 계기가 되길 바란다.