포스코퓨처엠

포스코퓨처엠의 미래소재 사업을 소개하는 ‘미소대리’가 알려주는

전기차·배터리·소재 산업 최신 이슈! [미소대리의 이슈 체크]

Chapter 05. 한계를 넘는 꿈의 배터리, 전고체 배터리

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전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 ‘전해질’을

기존 가연성의 액체에서 고체로 대체한 배터리를 의미합니다.

고체 전해질이 사용되기 때문에 양극과 음극 간 접촉을 막는 분리막도 필요가 없습니다.

전고체 배터리가 차세대 배터리로 주목 받는 이유는

배터리 기술 발전의 주요 트렌드인 안정성 · 에너지밀도 · 충전 성능을

모두 향상시킬 수 있기 때문입니다.

전고체 배터리가 안전하면서도 멀리 주행할 수 있으며

충전도 빠른 전기차 시대를 앞당길 것입니다.

전고체 배터리는 많은 장점이 있지만,

고체 전해질의 특성상 배터리의 출력이 저하되는 단점도 있습니다.

리튬 이온이 고체 격자 사이를 이동해야 하기 때문에

액체 전해질 대비 ‘이온전도도’가 떨어지기 때문입니다.

이것은 마치 물체가 액체 사이를 이동하는 것보다

흙 사이를 이동하는 것이 어려운 것과 같은 원리입니다.

또한, 현재 상용화된 삼원계(NCM · NCA · NCMA),

리튬인산철(LFP) 배터리 대비 가격이 비싸서

현재로서는 프리미엄급 전기차에 한해 탑재가 가능할 전망입니다.

이처럼 전고체 배터리 상용화를 위해서는 출력 · 가격경쟁력 등

분야의 약점을 극복하기 위한 기술 개발이 필요합니다.

전고체 배터리 기술의 핵심인 고체 전해질은

크게 황화물계 · 산화물계 · 고분자계(폴리머) 중심으로 연구 · 개발이 이뤄지고 있습니다.

업계에서는 ‘이온전도도’가 가장 높은 황화물계 고체 전해질에 기대를 걸고

연구 및 투자를 집중하고 있죠.

글로벌 기업들이 '게임 체인저'로서 전고체 배터리 기술 개발에 박차를 가하고 있어,

업계에서는 2027년부터 2030년 사이에 전고체 배터리가 상용화될 것으로 예상되며,

글로벌 시장의 규모가 연평균 34.2%씩 성장할 것으로 전망하고 있습니다.

전고체 배터리의 성능적 한계 · 높은 원가 · 리튬이온배터리 성능 고도화 등으로

2030년경에도 글로벌 시장 내 전고체 배터리의 비중은 크지 않을 것이라는 전망도 있습니다.

2차전지 전문 시장조사업체 SNE리서치는

2030년 글로벌 전기차 배터리 시장에서 전고체 배터리의 침투율은

4% 정도에 그칠 것이라 전망했습니다.

전고체 배터리 시대가 오면 핵심 소재도 변화할까요?

전고체 배터리 시대가 도래하면,

양극재는 기존 리튬 이온 배터리에 사용되던 삼원계 양극재가 여전히 사용될 것으로 예상되며,

음극재는 흑연계 · 실리콘계뿐만 아니라 안정성 문제로

배터리 탑재가 어려웠던 리튬메탈음극재가 본격적으로 사용될 전망입니다.

리튬메탈음극재는 금속 리튬을 원료로 활용해

기존 흑연계 음극재 보다 에너지용량 등을 획기적으로 증가시킬 수 있는 반면,

안정성 · 수명 성능은 상대적으로 낮은 소재입니다.

이러한 리튬메탈음극재를 전고체 배터리에 탑재하면

에너지용량 · 출력 · 수명 · 안정성 모두 혁신적으로 높일 수 있어

전고체 배터리와 함께 주목받는 소재입니다.

국내 유일 양 · 음극재 생산 기업인 포스코퓨처엠은

그룹 R&D 인프라와의 연계 하에

니켈 비중 극대화 등 전고체 배터리 전용 양극재와

리튬메탈음극재를 개발해 전고체 배터리 시대를 열어 나갈 계획입니다.

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