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전기차 시대에 중국의 영향력이 점점 거세지고 있습니다.
인산철 배터리로 세계를 호령하려 하고 있습니다.
그러나, 한국에는 K - 배터리의 선봉자를 자처하는 LG 에너지 설루션의 독보적인 리튬이온 배터리 기술로 영역을
더 넓혀가고 있습니다. 하지만, 며칠 전 그야말로 삼성 SDI에서 좋은 소식을 알려왔습니다.
삼성 SDI는 그동안 조용히 강세를 보여왔습니다. 2008년 전기차 배터리 사업에 처음 진출한 이후 '수익성이 유리한 질적 성장 추세'를 유지하며 성장을 이뤄왔습니다. 다만 글로벌 전기차 시장의 성장 둔화가 예상되는 가운데 차즘(Casm·일시적 수요 정체) 극복 전략이 필요한 시점입니다.. 이 시점에서 삼성 SDI의 과거와 현재를 들여다보고 미래를 가늠해 봅니다.
삼성SDI는 투자에는 신중하지만 프리미엄 제품을 비롯한 기술 개발에는 적극적입니다. 삼성 SDI가 투자할 R&D 비용은 업계 최고 수준입니다. 2023년 R&D 비용으로 총 1조 1300억 원을 투자했습니다. 매출액 대비 R&D 비용은 5.0%로 LG에너지솔루션(3.4%), SK온(3.1%) 보다 높습니다. 경쟁사들이 외형 확대에 집중하는 상황에서 삼성 SDI는 기술력 개발에 모든 역량을 쏟아부었습니다.
삼성 SDI가 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리에 대한 자신감을 시장에 지속적으로 전달할 수 있었던 것은 기술 우위에 대한 자신감이 있었기 때문입니다.
현재 전도체 배터리에 가장 투자를 많이 하는 기업은 일본의 도요타입니다.
도요타 자동차도 2027년 상용화를 목표로 10여 년 넘게 투자를 많이 했습니다.
물론 전도체 배터리 기술 특허도 가장 많이 확보된 걸로 알고 있습니다.
그런데, 삼성 SDI에서 좋은 소식이 대한민국 미래가 궁금해집니다.
2027년 상용화 목표… 배터리 3종 중 가장 빠른 속도
삼성 SDI는 전고체 배터리 기술을 개발하고 상용화하는 데 가장 앞선 것으로 평가받고 있습니다. 실제로 삼성SDI의 전고체 배터리 상용화 목표 시점은 2027년으로 국내 배터리 업체 중 가장 빠릅니다. LG에너지솔루션과 SK온은 각각 2030년과 2029년까지 양산 배터리를 개발하고 있습니다. 최윤호 사장은 올해 신년사에서 미래 배터리 시장의 판도를 바꿀 전고체 배터리 상용화를 추진해 차세대 제품과 기술 리더십을 확보해야 한다고 강조했습니다.
전고체 전지는 양극과 음극 사이에 고체 액체 전해질로 이루어져 있습니다. 기존 리튬이온 전지는 과도한 열이나 충격을 받으면 액체 전해질이 흘러내리기 때문에 폭발하지 않지만, 전고체 전지는 내부에 인화성 액체가 없기 때문에 폭발하지 않습니다. 내부 분리막이 없어 기존 리튬이온 전지의 절반 크기로 줄일 수 있고 에너지 밀도도 높습니다. 이론적으로 전기차에 전고체 전지를 장착하면 한 번 충전으로 700km 이상을 주행할 수 있습니다. 국내 배터리 업체뿐만 아니라 현대 자동차, 도요타, 폭스바겐 등 해외 자동차 업체들도 개발에 매진하고 있지만, 전고체 전지 상용화에 성공한 업체는 없습니다.
삼성SDI의 전고체전지 개발 일정은 계획대로 순조롭게 진행되고 있습니다.
보통 배터리 제조사들은 A, B, C 샘플을 하나씩 생산해 고객사에 공급합니다. 성능과 안정성 테스트를 거쳐야 이 샘플들이 양산됩니다. 삼성SDI는 2026년까지 모든 샘플을 개발해 2027년까지 양산을 시작하겠다는 로드맵을 발표했습니다. 전고체 배터리 파일럿은 올해 첫 샘플로 시작해 현재 양산을 위한 협업을 진행 중입니다.
삼성SDI는 지난해 3월 수원 연구소에 전고체 전지 샘플 생산을 위한 전고체 시범라인을 구축했습니다. 국내 배터리 업계에서는 이번이 처음입니다. 시범라인은 지난 6월 첫 샘플 생산을 시작해 현재 다수의 고객사와 양산을 진행 중입니다.
삼성SDI는 올해 초에도 중대형 전지사업부 직속 조직인 전고체전지(ASB) 사업화팀을 신설했습니다.
전고체전지 양산을 위한 기술 개발 못지않게 제품 개발 후 실제 상용화를 위한 전문성도 중요하다는 게 팀의 판단입니다. ASB 사업팀은 전고체전지의 높은 계면저항, 이온전도도, 전해질 두께, 입자 응집 등 기술적 어려움을 극복하기 위한 연구개발을 추진할 뿐만 아니라 향 후 양산에 직면할 문제도 해결하기 위해서 고군분투하고 있습니다.
삼성 SDI는 혁신적인 음극 프리 기술을 통해 고체 전해질 소재를 개선하고 음극 소재를 추가하는 등 전고체 전지를 준비하고 있습니다. 현재 양산 중인 사각형 형태의 전지에 비해 에너지 밀도가 약 40% 향상된 것입니다. 고주영 ASB 사업화팀 부사장은 이달 배터리 간 콘퍼런스에서 발표한 자리에서 "삼성 SDI 전고체 전지는 리튬 금속이 아닌 양극에서 나오는 리튬으로 구동되는 음극 프리 개념"이라며 "가격이 저렴한 LFP(리튬·인산·철)가 아닌 하이니켈 NCA(니켈·코발트·알루미늄)를 기반으로 성장을 추진할 것"이라고 말했습니다
하지만 전고체전지의 원가경쟁력 확보가 어려워 대량생산에 어려움을 겪고 있습니다. 전고체전지의 주재료는 고가의 금속입니다. 전고체전지 중 황화물 고체전해질 유망 소재인 황화리튬은 1,500~2,000달러/kg 수준인데 반해 리튬이온전지의 전해질은 현재 1kg당 9달러/kg 수준입니다. 배터리 전문가는 전고체전지 상용화는 기술적인 문제도 중요하지만 원가적인 문제도 매우 중요하다고 합니다. 그리고, 대량 생산에서 일어날 수 있는 문제점들과 실제 상용화 했을 때 문제점의 해결도 더불어 중요하다고 합니다.
2027년 양산화에 성공하면 일차적으로 프리미엄 자동차에 공급할 것으로 예상됩니다.
그러면서 일반 대중차에서도 공급 가능시기는 대략적으로 2030년이나 되겠습니다.
앞으로 전기차 시대에서 한국 모빌리티 생태계가 어떻게 바뀔지, 세계 속에서 한국은
어떤 영향력이 있을지 매우 궁금해집니다.