스마트폰·OLED서 엇갈렸던 삼성·LG 흥망…'전고체 배터리'가 결승전될까

SNE리서치, 12일 차세대 배터리 기술 세미나
양사 발표자 전고체 상용화 시기 두고 '이견'

안전하고 에너지 밀도 높아 '꿈의 배터리'
기술·비용 장벽 높은 전고체

LG엔솔 "2030년도 힘들어"
삼성SDI "2027년 양산 체계 갖춰"

LG에너지솔루션과 삼성SDI가 차세대 배터리 꼽히는 '전고체 배터리' 상용화 시기에 대한 견해 차를 보였다. LG에너지솔루션 측이 "2030년에도 전고체 배터리를 상용화하기 힘들다"고 평한데 반해 삼성SDI는 "2027년에 양산하겠다"는 목표를 분명히 한 것이다. 두 기업의 '전고체 배터리' 논쟁은 OLED TV·스마트폰 시장을 두고 다른 판단을 내렸던 과거를 떠올리게 한다.

자유 변형이 가능한 전고체 배터리 시제품. 사진제공=한국기초과학지원연구원.

장학진 LG에너지솔루션 TI(기술지능)전략팀장은 12일 서울 강남구 역삼동 한국과학기술회관에서 열린 '넥스트 제너레이션 배터리 세미나(NGBS 2023)'에서 "전고체 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 가격 경쟁력을 갖추기 힘들다"며 "전고체 배터리 개발에 가장 적극적으로 뛰어들었던 일본 기업들도 양산 시점이 계속 늦어지고 있다"고 말했다. 이어 "전고체 배터리 등 차세대 배터리는 2030년에도 (상용화에 이르기)힘든 부분이 있다"며 "2030년까지는 리튬이온 배터리 중심으로 시장이 형성될 것으로 본다"고 말했다.

장학진 LG에너지솔루션 TI(기술지능)전략팀장이 배터리 가격 경쟁 흐름과 전고체 배터리 기술에 대해 설명하고 있다. 사진=정동훈 기자

전고체 배터리는 안전하면서도 에너지 밀도가 높아 '차세대 배터리'로 꼽힌다. 기존 리튬이온 배터리에서 사용되는 액체 또는 겔(Gel) 상태의 전해질은 온도에 따라 팽창하고 외부 충격으로 전해질이 누출될 시 화재가 발생한다. 반면, 고체 상태의 전고체 배터리 전해질은 화재·폭발 가능성이 낮다. 분리막 등의 부품이 덜 들어가는 만큼 무게도 가벼워진다. 기존 리튬이온 전지의 에너지 밀도가 ㎏당 255Wh 수준인데 반해 전고체 배터리는 이론적으로 ㎏당 495Wh까지 에너지 밀도가 올라간다. 하지만 ▲비싼 고체 전해질 소재 ▲활물질과 고체 전해질 경계의 높은 저항(계면 저항)으로 인한 배터리 수명 단축 ▲고온·고압을 필요로 하는 제조 공정 등 여러 분야에 걸쳐 과제를 안고 있다.

안지우 삼성SDI 중대형 전지 부문 차세대상품기획 그룹장은 전고체 배터리의 잠재력과 가능성을 중심으로 발표했다. 안 그룹장은 "전고체 배터리는 안전하면서도 하이니켈 배터리를 탑재한 차량과 비교해 무게를 9%(준대형차 기준)까지 줄일 수 있을만큼 가볍다"며 "(삼성SDI는) 2025년 중대형 전고체 배터리 기술 개발을 완료하고 2027년 전고체 배터리 대량생산 체계를 마련할 것"이라고 설명했다.

삼성SDI는 국내 배터리 3사 중에 전고체 배터리 개발에 가장 적극적이다. 지난해 3월부터 경기도 수원 연구소 내에 '에스라인'으로 불리는 전고체 배터리 파일럿 라인을 건설하고 있다. 올해 상반기 해당 라인이 완공되면 하반기에는 샘플까지 생산할 예정이다.

안지우 삼성SDI 중대형 전지 부문 차세대상품기획 그룹장이 가벼운 전고체 배터리의 강점에 대해 설명하고 있다. 사진=정동훈 기자

안 그룹장은 삼성SDI만의 전고체 배터리 장점에 대해 ▲NCA(니켈·코발트·알루미늄) 양극재 통한 에너지 효율 극대화 ▲출력·충전 우수한 황화물계 고체전해질 ▲스태킹(배터리 소재를 층층이 쌓는) 공법 ▲리튬 덴드라이트(배터리 사용시 음극재에 나뭇가지 모양의 리튬 결정이 생기는 현상)를 방지하는 '새로운 음극' 기술을 꼽았다.

두 기업의 '전고체 배터리 논쟁'의 결말은 아직 알 수 없다. 하지만 과거 벌어진 두 기업의 주요 기술 논쟁, 혹은 전쟁의 결론은 나와 있다. OLED TV 시장만 놓고 보면 LG의 승리였다. 삼성은 OLED TV의 잔상 문제를 기술적 한계로 지적하며 LCD패널에 퀀텀닷 필름을 덧붙여 만든 QLED TV를 앞세웠다. 한종희 삼성전자 부회장이 "OLED TV는 영원히 안할 것"이라고 까지 말했다. 하지만 삼성은 OLED를 앞세운 LG가 TV 강자로 자리매김하면서 올해 10년만에 OLED TV 신제품을 내놓았다.

반면 스마트폰 시장은 삼성의 승리였다. LG는 한때 초콜릿폰·프라다폰 등을 유행시키며 피처폰(일반 휴대전화) 시장에서 각광받았다. 하지만 '스마트폰 시대가 오려면 멀었다'는 외부 컨설팅에 의지해 늑장을 부리다 스마트폰 시장에 뒤늦게 뛰어들었다. 결국 최적화에서 뒤처졌고 피처폰 시기 점유율을 유지하지 못했다. 2021년 LG전자 모바일 사업부를 철수했다. 반면, 빠르게 스마트폰 시장에 뛰어들었던 삼성은 12년 연속 스마트폰 출하량 1위다. 말하자면 1승 1패다. 이번 전고체 배터리 논쟁의 승자가 기나긴 삼성, LG 기술 대결의 주도권을 가져가는 셈이다.

리튬이온 배터리와 전고체 배터리 구조. 사진제공=삼성SDI

정동훈 기자 hoon2@asiae.co.kr