전고체 배터리의 모든 것, 차세대 배터리 기술을 쉽게 이해하기!

차세대 배터리의 핵심, 전고체 배터리란?

전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리처럼 액체 전해질이 아닌, 고체 전해질(Solid Electrolyte)을 사용하는 이차전지입니다. ‘전고체’라는 말 그대로 전부 고체로 이루어져 있는 배터리인 거죠.

 

기존 리튬이온 배터리와의 차이점

항목	리튬이온 배터리	전고체 배터리
전해질	액체 (가연성 위험)	고체 (비가연성, 안정성↑)
안정성	발화 위험 있음	발화 위험 거의 없음
에너지 밀도	중간	매우 높음
작동 온도	제한적	고온에서도 안정 작동 가능
제조 공정	성숙	개발 진행 중

액체 전해질과 고체 전해질의 차이(출처: LG에너지솔루션)

전고체 배터리의 제조 공정

전고체 배터리는 구조는 리튬이온 배터리와 유사하지만, 고체 전해질 특성상 공정 방식이 크게 달라지는 부분이 있습니다.

1. 전극 슬러리 제조 → 전극판 도포

고체 전해질 분말과 활물질을 함께 혼합해 슬러리 형태로 만든 뒤, 금속 포일에 도포합니다. 기존 리튬이온보다 바인더와 용매 종류가 다릅니다. 특히 슬러리 점도가 높아 도포와 균일도 확보가 까다롭습니다.

2. 압축 및 적층 공정

양극, 고체 전해질층, 음극을 적층 한 후 고온 압착(Sintering)으로 고체 간 접촉을 강화합니다. 계면 접촉 저항을 줄이는 게 관건이며, 이 공정이 전고체 상용화의 최대 난관이기도 해요.

3. 셀 제조 및 인클로저 공정

적층 구조를 완성한 후 셀로 포장하고, 외부 압력이나 수분 차단을 위해 특수 인클로저를 사용합니다. 고체 전해질은 수분에 민감한 경우가 많아 진공 환경 혹은 건조룸 내 작업이 필수입니다.

 

전고체 배터리에 사용되는 주요 소재

전고체 배터리는 전해질, 양극, 음극에서 모두 기존과 다른 신소재를 요구합니다.

1. 고체 전해질 (Solid Electrolyte)

• 황화물계(Li10GeP2S12, LGPS): 이온 전도도 우수, 가공성 좋음. 하지만 수분에 매우 민감함.
• 산화물계(LLZO, LIPON 등): 안정성 우수, 수분 저항성 있음. 제조 공정이 복잡.
• 고분자계: 비교적 저렴하지만 이온 전도도 낮아 주로 보조재로 활용.

고체 전해질 종류(출처: LG에너지솔루션)

 

2. 양극 소재

리튬 니켈 코발트 망간 산화물(NCM), 고니켈 NCM 등 기존 양극 소재 사용 가능. 전고체와 접촉 시 계면 안정성을 높이기 위한 코팅 기술 필요.

3. 음극 소재

리튬 금속(Li-metal) 음극이 유망. 이론상 에너지 밀도 극대화 가능. 하지만 리튬 수축·팽창 문제가 커서, 이를 해결하기 위한 복합 구조 소재 개발이 활발.

 

전고체 배터리 최신 동향 & 선도 기업

상용화 준비 중인 글로벌 기업

기업명	진행 현황
Toyota	2027년 내 상용화 목표, 산화물계 사용
Samsung SDI	2025년 시제품 생산 목표, 황화물계 채택
QuantumScape(美)	리튬금속 음극 기반 기술, 폭스바겐 투자
Solid Power(美)	BMW, Ford 등과 협업
SK온	산화물 전해질 기반 연구 활발

기술적 과제

• 계면 저항 해결
• 고체 전해질 대량 제조 공정 개발
• 리튬 음극 안정성 확보
• 경제성 확보 (공정 비용, 수율 문제)

 

정리하자면

전고체 배터리는 안정성과 에너지 밀도 측면에서 현존 배터리의 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술입니다. 하지만 아직 공정 난이도와 원가 문제로 인해 상용화까지는 시간이 필요하며, 2025~2030년 사이가 전환점이 될 가능성이 큽니다.

 

 

 

이차전지 제조 공정 총정리 – 핵심 기술과 투자 포인트까지 한눈에!

 

테슬라 옵티머스, 휴머노이드 로봇 산업의 시작일까? 투자자가 주목해야 할 시장 규모와 성장성