전고체 배터리 개발 동향

1. 전고체 전지의 개요 

• 전고체 전지 정의: 전고체 전지는 모든 구성 요소가 고체로 이루어진 이차전지로, 기존 리튬 이차전지와 작동 원리는 유사하지만 전해질이 고체임.
• 작동 원리: 전고체 전지의 충전과 방전 메커니즘, 리튬 이온의 이동과정.
• 기존 리튬 이차전지와의 차이: 양극활물질, 음극활물질, 전해질 및 분리막의 차이점.

2. 전고체 전지의 구성 요소 및 특징

• 양극 및 음극활물질: 고체 상태로 사용되며, 기존 흑연 음극 대비 리튬금속 사용시 에너지 밀도가 높아짐.
• 전해질: 고체 전해질의 특성과 종류(황화물계, 산화물계, 고분자계).
• 전고체 전지의 장점: 높은 안전성, 높은 에너지 밀도, 적층 가능성으로 인한 소형화의 용이성.

3. 전고체 전지의 기술적 이슈 

• 고체 전해질의 낮은 이온전도도: 기존 액체 전해질에 비해 이온전도도가 낮아 성능 저하 문제.
• 계면저항 문제: 전극과 전해질 사이의 계면저항으로 인해 전지 성능이 저하될 수 있음.
• 부피팽창과 계면박리 현상: 충방전 시 전극의 팽창과 수축으로 인해 발생하는 문제.
• 덴드라이트 형성 문제: 리튬 음극 사용 시 덴드라이트 형성으로 인한 단락 및 화재 위험.
• 고체 전해질의 고비용 문제: 고체 전해질, 특히 황화물계의 높은 단가로 인해 가격 경쟁력이 떨어질 가능성.

4. 전고체 전지의 종류 및 장단점 

• 황화물계: 높은 이온전도도와 우수한 계면 형성 특성을 가지지만 공기 중에서의 안전성이 낮음.
• 산화물계: 우수한 공기 중 안전성 및 양호한 이온전도도, 하지만 고온 열처리가 필요함.
• 고분자계: 높은 생산 용이성과 낮은 제조 원가, 하지만 이온전도도가 낮아 고온 환경에서만 사용 가능.

5. 글로벌 및 국내 업체들의 전고체 전지 개발 동향 

• Toyota: 황화물계 전고체 전지를 개발하며, 2028년 전기차 상용화를 목표로 하고 있음.
• 삼성SDI: 아지로다이트계 전고체 전지 개발 및 파일럿 라인 구축, 2027년 상용화를 목표.
• 기타 업체들: LG에너지솔루션, SK온, 현대차, BMW 등의 전고체 전지 개발 및 투자 현황.
• 전고체 전지 상용화의 장애물: M&A, 기술 개발, 양산화에 대한 주요 이슈와 일정 지연 사례.

6. 향후 전망 및 시사점 

• 시장 전망: 전고체 전지 시장의 성장 전망, 2025~2027년 양산 시작, 2035년경 시장 점유율 10% 예상.
• 정부 및 기업의 역할: 정부의 대규모 R&D 투자 계획, 기업의 마더 팩토리 구축 계획.
• 전고체 전지의 상용화 도전과제: 기술적 난제, 가격 경쟁력 확보, 차량 설계 변경 등.