삼성SDI "전고체 배터리 특허 2위…2027년 상용화 속도낼 것"

SNE리서치 이차전지 세미나 'NGBS 2021' 개최

전고체 배터리, 리튬이온 배터리 보다 안정성↑

배터리 수명·재료비·제조공정 문제 해결 '관건'

삼성SDI 전고체 배터리 개발 계획.SNE리서치 'NGBS 2021' 영상 캡처

'차세대 배터리'로 주목 받고 있는 전고체 배터리와 관련해 삼성SDI의 국제 특허 건수가 일본 토요타에 이어 2번째로 많은 것으로 나타났다.

삼성SDI는 2025년까지 전고체 배터리에 대한 프로토타입셀과 라지셀 개발을 완료한 뒤 2027년부터 본격적으로 양산에 돌입한다는 계획이다.

정동욱 삼성SDI 그룹장은 25일 서울 코엑스에서 열린 이차전지 세미나 'NGBS 2021'에서 '삼성SDI의 배터리 개발 방향 및 전망' 발표를 통해 이 같이 밝혔다.

정 그룹장에 따르면 전고체 배터리 국제 특허 비중은 토요타, 파나소닉 등이 있는 일본이 68%로 가장 많았다. 솔리드 파워, 폴리플러스 등이 속한 미국이 16%로 두 번째로 많았으며 한국은 12%로 3위를 차지했다. 기업별로는 토요타가 1위, 삼성SDI가 2위였다.

그는 전고체 배터리 개발을 통해 리튬이온 배터리의 한계로 지적되고 있는 안정성과 에너지밀도 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있다고 설명했다.

리튬이온 배터리는 양극, 음극, 분리막, 전해질로 구성되는 데 전고체 배터리의 전해질은 액체가 아닌 고체로 구성돼 있다. 구조적으로 단단하기 때문에 안정적이며 전해질이 훼손되더라도 형태를 유지할 수 있으니 안정성이 더 높다.

정 그룹장은 "리튬이온 배터리는 안정성과 에너지밀도 측면에서 한계가 있다면서 "사고 또는 제어할 수 없는 환경에 노출됐을 때 폭발 위험을 내재하고 있다"고 말했다. 그러면서 "전고체 배터리는 전해질을 고체로 바꾸기 때문이 그 부분이 해결된다"면서 더욱 작게(compact) 배터리를 만들 수 있다"고 덧붙였다.

삼성SDI가 선택한 고체전해질 방식은 황화물(Sulfide)이다. 정 그룹장은 "폴리머(Polymer)는 만들기 쉽지만 내구성이 떨어지며, 산화물(Oxide)의 경우 크게 만들기 어려워 생산성이 좋은 황화물을 채택했다"고 말했다.

삼성SDI는 삼성전자 종합기술원(SAIT)과 일본연구소(SRJ) 등과 협업해 2008년부터 전고체 배터리를 개발해오고 있다. 구체적으로 삼성SDI는 설비와 생산 공정을, SAIT와 SRJ는 전고체 설계 및 활물질 등을 연구하고 있다.

특히 SAIT는 지난해 3월 전고체 배터리의 수명과 안전성을 높이는 동시에 크기를 반으로 줄일 수 있는 원천기술을 개발해 세계적인 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 게재하기도 했다. 삼성SDI는 관련 기술 등을 기반으로 상업생산까지 속도를 내겠다는 방침이다.

정 그룹장은 "전고체 배터리의 수명, 재료비용, 가압(압력을 가하는 것) 등의 문제를 해결하기 위해 인력을 집중해 연구하고 있다"면서 "프로토타입셀과 라지셀 개발을 2025년까지 완료하고 전고체 배터리 양산을 2027년부터 하겠다는 계획을 세웠다. 일정이 다소 터프하지만 불가능하지 않다고 본다"고 강조했다.