화학저널

바이폴라 배터리로 가격 경쟁력 강화 … 중국, 4월 전기자동차 탑재

LG에너지솔루션(대표 김동명)이 국내 반고체전지 연구개발(R&D)을 선도하고 있다.
최근 전기자동차(EV) 화재로 LiB(리튬이온전지)의 안정성에 대한 한계가 부각되며 반고체·전고체전지 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.
반·전고체전지는 LiB의 에너지밀도와 안전성 문제를 해결할 차세대 배터리로 주목받으면서 최근 배터리 생산기업, 자동차 OEM(주문자 상표 부착) 포함 연구개발 경쟁이 치열해지고 있다.
기존 LiB의 전해액 함량을 절반 이상 줄인 반고체전지와 액상 전해질이 전혀 없는 전고체전지로 구분되며, 특히 반고체전지는 LiB보다 주행거리가 30% 길고 12분만에 배터리 용량의 90%까지 충전할 수 있는 것으로 알려졌다.
국내 배터리 시장에서는 LG에너지솔루션이 반고체전지 개발을 시작했으나 삼성SDI과 SK온은 전고체전지 개발에 집중하고 있다.
정근창 LG에너지솔루션 미래기술센터 부사장은 “차세대 배터리 개발에서 고성능 부문은 황화물계 배터리로, 평균 및 하위 부문은 LFP(리튬인산철)와 리튬인산망간철리튬(LMFP) 배터리를 활용하면서 반고체 바이폴라 배터리로 가격 경쟁력을 강화할 계획”이라고 밝혔다.
바이폴라 배터리는 건식 전극 공정과 반고체 전해질을 활용하는 것이 특징이다. 
LG에너지솔루션은 바이폴라 배터리의 팩 구조를 단순화해 원가 경쟁력을 높이면 중국산 배터리와 경쟁이 가능할 것으로 예상하며 2026-2027년 오창 에너지 플랜트에서 상용화를 계획하고 있고, 2030년까지 차세대 배터리 개발 완료를 목표로 하고 있다. 
삼성SDI는 삼성종합기술원(SAIT)과 R&D센터에서 반고체전지를 연구하고 있다.
중국은 전고체전지 상용화에 앞서 반고체전지 양산에 집중하고 있으며 2024년부터 중국기업의 반고체전지를 탑재한 전기자동차를 양산할 계획이다.
코트라(KOTRA)에 따르면, 중국기업은 반고체전지와 전고체전지를 모두 개발하고 있으며 8월 IM모터스에서 출시한 전기자동차의 반고체전지는 산화물과 폴리머를 조합한 제조공법을 사용한 것으로 알려졌다.
중국 웨이라이언(Beijing Weilan)은 4월 반고체전지를 양산해 전기자동차 생산기업 니오(Nio)가 배터리 팩에 적용했으며 CATL, 비야디(BYD) 등도 반고체전지 개발에 나선 것으로 알려졌다.
반고체전지를 탑재한 니오 ET7은 자체 주행 테스트에서 배터리 무게가 20kg 증가했음에도 1070km를 주행하며 주행거리 50% 향상에 성공했다.
글로벌 배터리 점유율 1위인 CATL은 반고체전지 연구를 통해 차세대 음극 소재 개발을 가속화하고 있고 칭타오에너지(Qingdao Energy), 웨이란에너지(Wei Lan Energy) 등 2사는 반고체전지 양산을 시작했다. 
칭타오에너지는 2024년까지 9GWh 공장을 증설하고 있으며, 완공되면 전기자동차 7만5000대에 공급할 수 있는 분량의 반고체와 전고체 배터리를 생산할 것으로 알려졌다. 
웨이란에너지는 베이징(Beijing), 저장성(Zhejiang) 등 4개 지역에 생산기지를 건설하기 시작했으며 생산능력은 각각 100GWh에 달할 것으로 예상된다.
Beijing Talent New Energy는 2022년부터 중국 최초로 반고체전지 양산을 개시해 현재 생산능력이 No.1 0.2GWh 공장을 포함해 2.2GWh이며 2024년 상반기부터 충칭시(Chongqing) No.2 반고체전지 설비 건설을 시작했다.
충칭시 량장(Liangjiang) 신구에 2025년까지 No.2 공장을 준공하고 자회사 Chongqing Talent New Energy가 가동을 담당하도록 할 계획이다. No.2 설비는 셀부터 팩에 이르는 생산라인을 갖추고 전기자동차용 배터리를 주로 공급하는 것으로 알려졌다.
안후이성(Anhui) 화이난시(Huainan)에서는 2024년 3월경부터 10GWh 설비 양산에 들어간 것으로 추정된다.
Talent New Energy는 2021년 설립 이후 LiB 소재 계면유연화 기술을 개발해 산화물계 고체 전해질과 자동차 배터리용 반고체 리튬배터리 개발에 성공했다.
1세대 반고체전지의 액체 전해질 함유량은 5-10%이나 2세대는 5% 이하로 발전한 것으로 알려졌다.
Talent New Energy는 2023년 말부터 2세대 양산을 시작한 것으로 파악되며 3세대인 전고체전지 개발에 착수해 상용화에 속도를 내고 있다.
미국에서는 솔리드에너지시스템(SES)이 2025년 반고체전지를 출시·적용할 계획이다. (김진희 기자)