[인더스트리뉴스 이건오 기자] 국가 미래 전략산업으로 주목받고 있는 이차전지 산업은 삼성SDI, SK온, LG에너지솔루션 등 K-배터리라고 하는 3개의 셀 제조사를 중심으로 국내외 무대에서 크게 성장하고 있다.

그러나 내수시장 중심으로 규모의 경제를 이뤄낸 중국기업의 성장세와 시장 장악력이 중국을 넘어선 글로벌 시장까지 확대되고 있으며, 이에 대응하기 위해 국내 이차전지 산업은 공급망 다변화, 차세대 배터리 개발 등 미래 경쟁력 확보를 위한 준비가 이뤄지고 있다.

특히, K-배터리 3사는 올해 기술 경쟁력 확보를 위한 제품 개발에 집중한다. 3사는 글로벌 이차전지 시장 확대에 따라 글로벌 무대에서의 시장점유율 유지도 중요하지만, 향후 경쟁을 위해 기술력으로 승부해야 한다는 공통된 사업 방향을 제시했다.

삼성SDI, 전고체 배터리 등 차세대 다양한 폼팩터 제품 양산 준비

삼성SDI는 최근 업계 최고 에너지 밀도를 자랑하는 900Wh/L ASB(All Solid Battery, 전고체 배터리)의 양산 준비 로드맵을 공개한 바 있다. 현재 양산 중인 각형 배터리(P5)와 비교해 약 40% 가량 에너지 밀도가 향상된다. 또 ‘꿈의 배터리’로 불리는 ASB는 고체 전해질을 사용해 화재의 위험성이 적고 주행거리가 길어 배터리 업계에서도 주목하고 있다.

삼성SDI는 독자 조성한 고체 전해질 소재 개선과 혁신적인 무음극 기술을 통해 음극의 부피를 줄여 양극재를 추가함으로써 업계 최고의 에너지 밀도를 달성하겠다는 계획이다. 지난해 말 ASB사업화추진팀을 신설해 SDI연구소 S라인에서 샘플을 생산하는 등 전고체 배터리 사업화를 본격화하고 있다.

삼성SDI는 업계 최초로 9분 만에 8%에서 80%까지 셀 충전이 가능한 초급속 충전 기술도 발표했다. 회사 관계자는 “리튬이온의 이동경로를 최적화하고 저항을 감소시켜 9분 만에 80%까지 충전이 가능한 초급속 충전 기술을 개발 중으로 2026년 양산 목표”라고 소개하며, “해당 기술은 기존 P5 배터리 대비 충전시간을 대폭 줄일 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.

아울러 삼성SDI는 20년간 사용 가능한 초 장수명 배터리의 2029년 양산 계획도 공개될 예정인데, 소재의 내구성 강화를 통해 배터리 수명을 현재 수준에서 2배 이상 늘릴 계획이다.

이와 함께 배터리 단자를 위에서 옆으로 옮겨 에너지 효율과 쿨링 시스템을 강화한 새로운 폼팩터의 각형 배터리 및 모듈이 없는 CTP(Cell to Pack) 기술에도 집중한다. CTP는 부품 개수를 35% 이상 줄이고, 무게도 20% 줄인 기술로 동일한 부피에서 고에너지 밀도와 혁신적인 비용 절감 구현을 가능하게 했다.

또한, 안전성 이슈에 대응해 열확산 방지 기술도 소개했다. 배터리에 화재가 발생하거나 충격이 가해질 경우, 발생할 수 있는 고열과 가스를 각형 배터리의 장점인 벤트(배출구)로 빠르게 배출해 배터리 간의 열 전파를 최소화시키는 기술이다.

SK온, 급속충전·에너지밀도↑ SF 배터리… LFP 시장 대응

SK온은 급속충전 시간은 유지하면서 에너지 밀도를 높인 △어드밴스드 SF 배터리, 급속충전 시간을 15분까지 단축시킨 △SF+ 배터리, 저온 성능을 개선한 △윈터 프로 LFP 등 다양한 배터리 포트폴리오를 중심으로 비즈니스 확장에 나선다.

Advanced SF 배터리는 기존의 SF 배터리 대비 에너지 밀도는 9% 높이면서 급속충전 시간은 유지한 혁신 제품이다. 에너지 밀도가 같다면 기존 SF 배터리 보다 급속충전 성능이 약 18% 개선된 셈이다. 보통 에너지 밀도가 10% 증가하면 급속충전 시간이 20% 증가한다.

SK온은 지난 2021년 18분 만에 셀 용량의 10%에서 80%까지 충전할 수 있는 SF 배터리를 공개했다. 니켈 함량이 83%인 하이니켈 배터리로, 한번 충전하면 400km 이상 주행할 수 있다. 당시 상용화된 배터리 중 가장 빠른 충전 속도를 기록했다.

Advanced SF 배터리는 SK온이 고유의 급속충전 기술을 끊임없이 개선해 얻어낸 성과다. 배터리 충전 속도는 리튬이온 이동거리와 이동속도에 따라 결정된다. 에너지 밀도가 높으면 충전 시 음극저항이 높아 리튬이온 이동속도가 느려져 충전 시간이 길어진다.

SK온은 특수 코팅공법을 통해 음극 저항을 획기적으로 낮추고, 음극 정렬 공법을 적용해 리튬이온 이동경로를 단축했다. 여기에 배터리 충전 속도를 최대화할 수 있는 분석 기술로 최적화된 급속충전 프로토콜까지 구현하면서 ‘에너지 밀도’와 ‘급속충전’이란 두 마리 토끼를 잡았다.

LG엔솔, 파우치형 셀투팩 최초 공개… 배터리 관리 토털솔루션 집중

LG에너지솔루션은 미드니켈(Mid-Ni) 파우치 셀, LFP ESS 셀, BMTS 기술 등을 활용한 이차전지 개발에 집중하고 있으며 최근 파우치형 CTP(Cell to Pack, 셀투팩) 기술을 선보인 바 있다.

셀투팩 기술은 최근 전기차 배터리 시장에서 주목받고 있는 첨단 팩 디자인이다. 기존 배터리 구성에서 모듈 단계를 제거, 팩에 직접 셀을 조립함으로써 에너지 밀도를 높이고 배터리 무게와 비용을 절감한 것이 특징이다.

특히, LG에너지솔루션이 개발한 파우치형 셀투팩은 파우치 셀의 가벼운 무게 특성을 가져가면서도 팩 강성을 높이고 검증된 열 전이 방지 기술을 적용해 안정성을 강화했다. 팩을 구성하는 부품을 줄이고 공정을 단순화해 제조원가를 절감, 가격 경쟁력도 높였다.

아울러 LG에너지솔루션은 배터리 제조를 넘어 고객에게 새로운 경험과 가치를 제공하는 배터리 관리 토털솔루션(BMTS, Battery Management Total Solution) 사업에도 힘을 쏟고 있다.

배터리 관리 토털솔루션은 기존 배터리 관리 시스템(BMS)를 더욱 고도화한 개념으로 BMS 서비스를 비롯해 배터리별 특화된 안전진단 및 상태 추정 소프트웨어, 클라우드 서비스, 미래형 모빌리티(SDV)에 적합한 솔루션까지 배터리 전 생애주기 관리 서비스를 제공한다.

LG에너지솔루션은 30년 넘는 업력을 통해 축적한 다양한 경험을 활용해 개발한 차별화된 분석 알고리즘을 통해 BMS 사업에서도 압도적인 기술 리더십을 확보하고 비즈니스 영역을 무한 확장해 나간다는 계획이다.

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