전고체 배터리는 꿈의 배터리인가?

차세대 이차전지로 꿈의 배터리로 불리고 있는 전고체 전지는 지난 2024 인터 배터리에서

삼성 SDI가 2027년 양산을 목표로 진행하고 있다고 발표했으며, 다른 업체에서도 개발을

진행 중에 있는데 아래에서 전고체 배터리의 구성요소와 장, 단점에 대해 아래에서

자세히 알아보도록 하겠습니다.

전고체 배터리란?

현재 전기차에 주로 사용되고 있는 배터리는 리튬 이온 배터리인데요, 리튬 이온 배터리의

4대 핵심 소재는 양극재, 음극재, 액체 전해액, 분리막입니다.

리튬이온 배터리의 4대 핵심 소재 중 액체 전해액을 고체 전해질로 바꿔 생산을 하는

배터리를 전고체 배터리라고 부릅니다.

리튬 이온 배터리 / 전고체 배터리 구성 요소

• 리튬 이온 배터리 4대 핵심 소재: 양극재/음극재/액체 전해질/분리막
• 전고체 배터리: 양극재/음극재/고체 전해질

리튬 이온 / 전고체 배터리 비교

전고체 배터리의 장/단점

장점

◑ 안정성이 높다(액체 전해질의 경우 발화나 폭발의 위험이 있으나 액체를 고체로 변경함으로 인해

     발화나 폭발의 위험이 없습니다)

◑ 에너지 밀도 증가(배터리 팩에는 배터리 외에도 배터리를 냉각해 주는 냉각장치가 들어가는데

     냉각장치 비중이 배터리 팩의 30%를 차지하고 있는데 고체 전해질로 변경 시 별도의 냉각 장치가

     필요없어 에너지 밀도를 증가시킬 수 있습니다.)

◑ 환경 친화성(액체 전해질을 사용하지 않기 때문에 화학 물질 유출이나 오염이 발생할 위험이

     줄어들어 보다 환경 친화적인 배터리입니다.

◑ 작동 온도 범위가 넓다(고체 전해질은 넓은 작동 온도 범위를 가질 수 있어 극한 환경에서도

    안정적으로 작동할 수 있게 됩니다.)

 

단점

◑ 고체 전해질의 경우 액체 전해질 대비 전도성이 낮다.

     (양극재와 음극재가 고체상태에서 전해액 마저 고체전해질로 변경되어 계면 저항이 발생되어

      이온 전도성이 떨어집니다.)

◑ 가격이 비싸다.( 리튬이온 배터리 대비 7배)

리튬 이온 배터리/ 전고체 배터리 차이점

◑ 리튬이온 배터리는 액체 전해액을 사용하나 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용함

◑ 리튬 이온 배터리: 분리막 O => 전고체 배터리: 분리막 X

◑ 리튬 이온 배터리 음극재: 흑연(천연/인조) => 전고체 배터리 음극재: 실리콘 음극재/리튬 매탈

     리튬 이온 배터리에 사용되는 음극재의 경우 천연 흑연이나 인조 흑연으로 흑연을 주로 사용하나

     흑연의 경우 에너지 밀도가 떨어지는 단점이 있어 에너지 밀도가 높은 실리콘 음극재나

     리튬 메탈 음극재가 사용될 것입니다.

      => 실리콘 음극재나 리튬 메탈 음극재의 경우 안정성이 낮아 리튬 이온 배터리에는

            사용하지 못함.(리튬 이온 배터리의 경우 액체 전해액 사용으로 안정성이 낮은 상태에서

            실리콘 음극재나 리튬 메탈 음극재를 함께 사용 시 발화, 폭발 위험이 더욱 높아집니다.)

 

      전고체 배터리의 경우 전해액이 고체 전해질로 변경되기 때문에 안정성이 확보되기 때문에

      실리콘 음극재나 리튬 메탈 음극재를 사용하여도 안정성에 문제가 없음

전고체 배터리 양산 시점

◑ 드론, 로봇에 들어가는 배터리의 양산 시점은 2027년 이후 상용화 예상

◑ 전기 자동차용 전고체 배터리의 양산 시점은 2030년 이후 본격적으로 상용화 예상

 

현재 전고체 배터리의 핵심 소재인 고체 전해질 생산에 가장 앞서 있는 국내 기업은

포스코 홀딩스인데요, 포스코 홀딩스 전고체 배터리 Value Chain에 대해 알아보겠습니다.

포스코 전고체 배터리 Value Chain

◑ 양극재: 포스코 퓨처엠(하이니켈 양극재/N86 단결정)

◑ 음극재(리튬 메탈):

◑ 고체전해질: 포스코 JK 솔리드 솔루션 공장 착공

    => 24톤 양산 라인 => 2030년 7200톤으로 증설 예정

    => 고체 전해질에 생산 국내 강소기업 정관 지분 40%를 확보

 

전고체 배터리의 경우 꿈의 배터리로 불리고 있으나 단점 역시 명확한데요, 전고체 배터리의

최대 단점은 가격이 너무 높은 것인데요, 현재 개발된 전고체 배터리의 단가로는 전기차 배터리

시장 내 점유율은 3% 내외에 머물 것으로 전문가들은 예상하고 있습니다.

하지만 지속적인 기술 개발이 이루어지고 있는 상황에서 비용문제만 해결된다면 차세대 전기

자동차의 꿈의 배터리로 점유율을 기하급수적으로 올릴 수 있을 것으로 판단됩니다.

 

기술 개발에 전력을 다해 하루빨리 비용 문제가 해결되어 우리나라 기업들이(LG에너지 솔루션,

삼성 SDI, SK 온, 에코프로그룹, 포스코그룹) 세계 시장 1등 기업이 되길 바랍니다.

아울러 주가도 고공 행진하여 저를 비롯한 1,400만 개미들이 활짝 웃는 모습을 기대해 봅니다.