[한스경제=권선형 기자] K배터리 기업과 중국 기업 간 차세대 배터리 개발 경쟁이 치열하다. K배터리 기업들은 전고체, 리튬메탈배터리 등에 집중하고 있는 반면 중국 배터리 기업은 나트륨이온배터리 개발에 중점을 두고 있는 모양새다.

중국은 배터리 시장을 이끌 차세대 배터리로 나트륨이온배터리를 점찍었다. 나트륨이온배터리를 적용한 이륜차와 전기차도 출시했다. 중국의 대표 전기 오토바이 업체인 야디는 자회사 후아유를 설립해 작년 말 전기 오토바이 ‘지나 No.1’ 모델을 출시했다. 올해 1월에는 중국 전기차 브랜드인 장화이자동차가 하이나배터리의 32140 원통형 나트륨이온배터리를 사용한 화시앤즈 전기차를 판매하기 시작했다.

나트륨이온배터리는 리튬 대신 가격이 저렴한 나트륨을 사용해 원가를 크게 낮추고 안정성을 높인 배터리다. 나트륨은 가격이 저렴한 동시에 리튬과 전기･화학적 특성이 유사해 리튬이온배터리의 많은 공정을 공유할 수 있어 대량 양산화에 유리하다. 또 안정성 측면에서 리튬에 비해 낮은 화학적 반응성을 가지고 있어 열폭주에 대한 리스크가 낮다는 평가를 받고 있다. 반면 낮은 에너지밀도와 출력 특성 등의 단점은 극복해야 하는 기술로 꼽힌다. 나아가 재활용 측면에서 리튬이온배터리 대비 간단한 공정을 갖고 있지만, 회수 금속의 가치가 낮아 수익성이 떨어지는 부분에 대한 해소 방안이 마땅치 않다는 평가다.

국내 배터리 기업들은 전고체, 리튬메탈배터리 개발에 집중하고 있다. LG에너지솔루션은 전고체, 리튬메탈배터리에 삼성SDI와 SK온은 전고체배터리 개발에 속도를 내고 있다.

전고체배터리는 기존 리튬이온전지의 가연성의 액체 전해질을 고체 전해질로 대체해 발화･폭발을 원천적으로 차단할 수 있는 안전성이 강화된 이차전지다. 리튬이온의 이동경로인 전해질을 고체로 사용해 구멍이 뚫리거나 구겨져도 화재의 위험이 낮고 전해액 누액이나 폭발 위험성을 획기적으로 저감할 수 있다. 또한 액체 전해질 대비 매우 낮은 자가 방전률을 갖고 있다. 반면 전해질 전극(양극, 음극) 계면 저항으로 인한 전기화학 특성 저하로 장주기 수명이 개선 사항으로 꼽히고 있다.

SK온은 2025년까지 대전 배터리 연구원에 전고체 배터리 파일럿 라인을 구축할 계획이다. 삼성SDI는 전고체 배터리 사업 추진팀을 신설하고 전고체 배터리 사업에 속도를 내 초격차 기술 경쟁력을 확보할 계획이다. 현재 삼성SDI는 단위 부피당 리튬이온의 흐름을 가장 빠르게 높일 수 있는 황화물계 기술을 채택하고 900Wh/L 이상의 에너지밀도를 가진 전고체 배터리 개발에 힘쓰고 있다.

LG에너지솔루션은 리튬메탈배터리 개발에 집중하고 있다. LG에너지솔루션은 최근 KAIST 공동 연구팀과 차세대 배터리로 주목받고 있는 리튬메탈배터리 성능을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술 개발에 성공했다. 리튬메탈배터리는 기존 흑연계 음극재를 리튬메탈로 대체하면서 기존 리튬이온배터리보다 음극재의 무게와 부피를 크게 줄일 수 있는 것이 특징이다. 이를 통해 에너지 밀도와 주행거리를 대폭 향상시킬 수 있어 대표적 차세대 배터리 중 하나로 꼽힌다.

한국과학기술기획평가원이 국내 전문가 11인을 심층 면접한 결과, K배터리 기업의 차세대 배터리 종합역량은 전고체(91.7), 리튬금속(88.7), 나트륨이온(83) 순인 것으로 나타났다.

이차전지 업계 한 관계자는 “삼원계와 리튬인산철(LFP)배터리가 주를 이루고 있는 시장에서 현재 각 국가와 기업들의 차세대 배터리 개발 경쟁은 치열한 상황”이라며 “글로벌 완성차 업체들이 어떤 배터리를 채택하는지에 따라 개발의 성패가 달려 있을 것이기 때문에 수시로 변하는 수요 예측에 맞춰 기술 개발도 진행돼야 가장 효율적인 기술 개발 방향이 될 것 같다”고 제언했다.

권선형 기자 peter@sporbiz.co.kr