황화물계·고분자-산화물 복합, 두 가지 전고체 배터리 개발
이온전도도 가장 높은 황화물계, 내년 중 파일럿 라인 구축

황화물계 전고체 배터리 이미지. <사진=SK온>

SK온이 차세대 배터리로 불리는 전고체 배터리 개발에 속도를 높이고 있다. SK온은 전고체 배터리의 핵심 소재인 고체전해질을 ‘황화물계 고체전해질’과 ‘고분자-산화물 복합 고체전해질’ 두 가지 가능성을 열어 두고 개발 중이다.

30일 관련 업계에 따르면 SK온은 여러 선택지를 확보해 차세대 배터리 시장에 능동적으로 대응해 나갈 방침이다. SK온은 황화물계 고체전해질, 고분자-산화물 복합 고체전해질을 활용한 전고체 배터리를 집중적으로 개발하고 있다. SK온은 전고체 배터리의 기술을 확보하기 위해 기술 이전 협약, 공동 연구 등을 추진했다.

황화물계 고체전해질은 SK온이 미국 전고체 배터리 기업 솔리드파워와 협력해 본격적으로 속도를 내고 있다. SK온은 지난 1월 솔리드파워와 기술 이전 협약을 체결했다. SK온은 자체 기술과 노하우에 솔리드파워의 황화물계 고체전해질·셀 기술을 접목 황화물계 고체전해질에 대한 기술 역량을 강화했다.

고분자-산화물 복합 고체전해질도 기술을 고도화해 나가고 있다. SK온은 고분자-산화물 복합 고체전해질에서 발생할 덴드라이트 현상을 억제하는 소재를 확보했다. 덴드라이트 현상은 배터리 수명과 안전성을 떨어뜨리는 주요 원인으로 해당 소재를 확보하면서 기존 고분자-산화물 복합 고체전해질의 한계를 극복한 셈이다.

SK온은 두 고체전해질을 사용한 제품을 모두 내년 중으로 선보일 예정이다. SK온은 오는 2025년까지 대전 배터리 연구원 내 황화물계 고체전해질을 사용한 전고체 배터리의 파일럿 라인을 구축할 계획이다. 고분자-산화물 복합 고체전해질을 사용한 전고체 배터리도 시제품 생산 일정을 기존 2026년에서 2025년으로 앞당겼다.

SK온 관계자는 “내년에 파일럿 라인을 설치하고 추후 샘플을 만들면서 다양한 가능성을 검토해 보겠다”고 말했다.

SK온이 두 가지 고체전해질을 연구개발하고 있지만 주력 제품은 황화물계 고체전해질이 될 것이라는 평가도 나온다. 황화물계는 고체전해질 중에서도 가장 높은 이온전도도를 보유하고 있는 것으로 알려져 있기 때문이다.

최근 전기차 시장의 캐즘을 극복하기 위해서는 기존 내연기관차를 뛰어넘는 차별화가 필요하다는 점에 의견이 모이고 있다. 고분자-산화물 복합 고체전해질은 안전성  측면에서 우수하지만 성능 측면에서 황화물계 고체전해질에 밀린다.

또한 상용화 단계에서도 황화물계가 유리한 이점이 있다. 하윤철 한국전기연구원 차세대전지연구센터장은 “전고체 배터리를 만드는 과정에서 고체전해질의 빈공간을 없애기 위한 과정이 필요한데 황화물계는 높은 압력으로 누르기만 하면 된다”며 “전기차와 같은 중대형 전지는 공정 과정에서 소결 등의 어려움이 없는 황화물계 고체전해질을 선택하는 추세다”고 말했다.

한편 SK온은 전고체 배터리와 함께 급속충전 시간을 단축한 SF+ NCM(니켈·코발트·망간)배터리, 저온 성능을 개선한 윈터 프로 LFP(리튬·인산·철) 배터리 등의 기존 보다 성능을 강화한 제품을 확보하고 있다.

[CEO스코어데일리 / 박대한 기자 / dayhan@ceoscore.co.kr]