전고체 특허 선점 나선 K-배터리, LFP 전선 넓혀 실속 챙긴다

한국 배터리 3사가 2026년 9월 전극 적층과 롤 접합 등 전고체 배터리 제조 특허 3종을 공개하며 공정 경쟁에 나섰다.

대만 금융 분석 매체 빅고 파이낸스는 29일(한국시각) 한국 기업들이 대량 생산 수율 확보를 위해 특허를 내는 사이 글로벌 완성차 업체들도 도로 주행 검증에 돌입했다고 보도했다. 연구실 수준의 소재 배합 경쟁이 실제 제조 공정으로 바뀌는 가운데 한국 배터리 기업들은 단기 실적 방어를 위해 리튬인산철 기반 에너지저장장치 투자를 병행한다.


글로벌 배터리 산업의 차세대 기술 경쟁이 소재 배합을 넘어 양산 조립 공정으로 옮겨갔다. 전고체 배터리는 전해질과 전극 사이의 접촉 저항을 낮추고 균일한 압력을 가하는 공정이 대량 생산의 성패를 가른다.
삼성SDI는 전극과 가스켓을 조립한 뒤 적층하고 압착하는 제조 기술과 황화물계 고체 전해질을 결합한 양극 기술을 특허로 공개했다. 삼성SDI는 수원 연구센터 시범 시설인 에스 라인에서 고객사 검증을 진행 중이다.

LG에너지솔루션은 배터리 구성 요소를 연속 공급하고 롤 기반 공정으로 접합하는 제조법을 제시했다. 충청북도 오창에너지공장에 시험 라인을 구축해 공정을 개발한다. SK온은 집전체와 활성 물질, 고체 전해질 사이에 전도성 층을 배치해 내부 저항을 낮추는 기술을 공개했다. 대전 미래기술센터에서 시제품을 검증한다.

글로벌 경쟁사들도 시범 라인 가동과 완성차 검증에 들어갔다. 중국 비야디와 CATL은 2027년 전고체 배터리 시범 생산을 목표로 세웠다. 일본 도요타는 이데미츠코산과 황화물계 고체 전해질 공급망을 구축해 2027년부터 2028년 사이 상용화를 추진한다. 독일 메르세데스 벤츠는 미국 팩토리얼 에너지의 배터리를 장착한 이큐에스 차량으로 도로 주행을 진행한다. BMW 역시 미국 솔리드파워의 배터리를 탑재한 아이세븐 차량으로 도로 검증을 진행한다.


배터리 제조사들은 2027년부터 순차적인 양산 일정을 제시했다. 삼성SDI는 한국 3사 가운데 가장 빠른 2027년 하반기 양산 준비 완료를 목표로 삼았다. LG에너지솔루션은 2029년 전기차용 흑연 기반 전고체 배터리를 선보인 뒤 2030년 로봇용 무음극 제품을 출시한다. SK온은 미국 팩토리얼 에너지와 협력해 2029년 황화물계 상용화를 마친다는 구상이다.
다만 높은 공정 비용과 낮은 생산 수율이 상업화의 걸림돌로 꼽힌다. 학계에서는 기존 리튬 이온 이차 전지의 에너지 밀도와 안전성이 과거보다 크게 향상된 만큼, 전고체 배터리가 시장에 안착하려면 기존 기술을 넘어서는 기술적·상업적 경쟁력을 명확히 입증해야 한다는 분석이 나온다.

서정대학교 스마트자동차학과 박철완 교수 역시 전고체 전지가 연구 단계를 지나 대량 양산에 진입하려면 성능 우위뿐 아니라 가격과 수율 측면의 검증이 선행돼야 한다는 점을 짚은 바 있다. 일부 배터리 업계 관계자들은 전고체 배터리가 기존 리튬이온이나 리튬인산철 배터리처럼 주류 제품군으로 자리 잡는 시점을 2030년경으로 전망한다.


글로벌 전기차 수요 둔화 속에서 한국 배터리 기업들은 리튬인산철 기반 에너지저장장치 공급망 확대로 활로를 찾는다.

미국 에너지저장협회는 2032년 말까지 미국 내 에너지저장장치 설비 용량 목표를 발전량 기준 225기가와트로 제시했다. 인공지능 데이터센터 증설이 전력 수요를 견인하기 때문이다. 한국 배터리 3사는 전기차 생산 라인 일부를 에너지저장장치용 리튬인산철 라인으로 전환하는 방안을 추진해 북미 전력망 시장에 대응한다.

SK온은 포스코퓨처엠과 약 1조 700억 원 규모의 리튬인산철 양극재 공급 계약을 맺었다. SK온은 엘앤에프와도 약 1600억 원 규모의 공급 계약을 체결했다. SK온은 미국 네오볼타 파워에 2027년부터 2031년까지 5년간 9기가와트시 규모의 셀을 공급한다. 한국전력거래소는 1.18기가와트 규모의 3차 에너지저장장치 중앙 계약 시장 입찰을 2026년 11월 진행한다. LG에너지솔루션은 오창 공장에서 핵심 소재 4종을 한국 협력사로부터 조달하는 방식을 제안했다. 삼성SDI도 울산 공장 일부 설비의 리튬인산철 라인 전환을 검토하고 있다.

향후 전개 방향은 북미 에너지저장장치 시장의 발주 속도와 전고체 양산 라인의 수율 안정화 여부에 달려 있다. 리튬인산철 생산 라인 전환은 전기차 수요 공백을 방어하는 수단으로 기능한다. 반면 미국 정부의 신재생 에너지 지원 정책이 축소되거나 전력망 투자가 지연될 경우 에너지저장장치 공급 계약이 순연될 위험이 상존한다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com