글로벌 자동차∙IT 업체들, 전고체전지 투자 확대
글로벌 IT, 완성차 업체들이 전고체전지(All-Solid State Battery) 기술 확보에 나서고 있다.
현재 전고체전지 개발에 가장 적극적인 국가는 일본이다. 기업뿐만 아니라 일본 정부에서도 적극 지원하고 있다.
폭스바겐, BMW, 현대차 등 글로벌 Top-tier 완성차 업체들도 전고체전지 개발을 위한 투자에 나서고 있으며, 2020년 중반 전고체전지를 탑재한 전기차 출시를 목표로 하고 있다.
기존 리튬이온전지 vs 차세대 전고체전지
글로벌 기업들이 전고체전지에 투자하는 이유는 현재 주류인 리튬이온전지가 향후 5~10년 이내 성능향상, 용량증대, 안전성 등에서 기술한계에 도달한다는 점을 인식하고 있기 때문이다.
전고체전지는 말 그대로 전지의 모든 구성요소가 고체이다.
기존 리튬이온전지의 양극과 음극 사이에서 리튬이온을 전달하도록 채워 넣은 액체전해질과 분리막을 고체전해질 층으로 대체한 전지이다.
현재 상용화된 리튬이온전지는 액체∙겔타입 전해질을 사용하는 특성상 발화 및 폭발 위험성, 낮은 내충격성 등 안전성에 대한 태생적 한계를 지니고 있다.
그리고 고전압에서는 양극을 저전압에서는 음극을 열화시켜 전극 표면에 저항층으로 작용하는 부산물이 형성돼 전지 성능이 저하된다.
반면, 고체전해질은 인화성의 액체 전해질이 아닌 고체전해질을 사용해 안전성, 충전속도, 구동전압을 대폭 높일 수 있다.
현재 리튬이온전지의 최대 에너지밀도인 250Wh/kg(NEDO 산정 기준) 역시 450Wh/kg까지 끌어올릴 수 있다.
이러한 장점 때문에 업계에서는 전고체전지의 양산개발을 위해 집중하고 있다.
걸림돌: 고체전해질의 낮은 이온전도도
전고체 전지는 우수한 안전성에도 불구, 이온전도도 측면에서 열위에 있다.
양∙음활물질과 고체 전해질 경계에서 높은 저항(계면저항)으로 리튬이온전지 대비 이온 전도성이 낮은 문제가 발생한다.
이를 해결하기 위해 연구 개발이 크게 세가지 물질 1) 황화물계, 2) 산화물계, 3) 폴리머계로 진행 중이다.
전고체전지 상용화: 2 차전지 시장 주도권 변화 예상
전고체전지가 상용화될 경우 안전성과 에너지 밀도의 증가에 따른 항속거리 증가로 전기차 내 탑재 비중과 시장규모 증가가 예상된다.
SNE리서치에 따르면, 전고체전지 시장은 2020년 0.2GWh에서 2030년 310GWh로 CAGR 208% 성장할 전망이다.
전고체전지 상용화가 단기간 내 이루어질 가능성은 낮으나, 상용화될 경우 일본업체들에게 2차전지 시장 주도권을 내어줄 수 있다.
현재 일본은 전고체전지 관련 특허에서 절반 이상을 차지하고 있는 상황이다.
또한, 전고체전지 상용화에 따라 2차전지 시장을 기존 전지생산업체들이 아닌 완성차업체들이 주도할 가능성이 높다.
현재 도요타, 폭스바겐 등 완성차 업체들이 전고체전지 기술 내재화에 집중하고 있는 만큼 전고체전지 상용화 시 기존 2차전지 생산업체들의 주도력은 약해질 전망이다.
전고체전지 특성상 분리막과 전해액은 고체전해질로 대체될 것이다.
이는 전해액, 분리막 생산업체들에게 장기적인 우려 요인인 만큼 연구개발을 통해 고체전해질 신규시장을 대비해나가는 전략이 필요하다.
