출처: 고체전지 산학연 / 2025년 5월 12일
1. 전고체 배터리란 무엇인가?
1) 기술 노선 개요
전고체 배터리는 액체 전해질과 분리막을 모두 고체 전해질로 대체하는 차세대 배터리 기술입니다. 고체 전해질의 종류에 따라 ▲고분자 ▲산화물 ▲황화물 세 가지 주요 노선으로 나뉘며, 각 노선은 특성과 난제가 다릅니다.
- 고분자 전해질: 유연성과 저비용이라는 장점으로 초기 상용화가 빨랐지만, 낮은 이온전도도가 단점입니다.
- 산화물 전해질: 화학적 안정성은 높으나 재료의 취성으로 인해 고체-고체 계면 접촉이 어렵고, 현재는 고분자와의 복합 방식이 주류입니다.
- 황화물 전해질: 높은 이온전도도(10-2S/cm 수준)와 유연성을 동시에 가지며 잠재력이 큽니다. 그러나 전기화학적 불안정성과 낮은 전압 창 등으로 인해 아직 연구단계에 머무르고 있습니다.
2) 공정 프로세스 개요
전고체 배터리는 드라이 공정과 금속 리튬 음극 기반으로 제조되며, 공정 난이도가 매우 높은 편입니다.
2. 첫 번째 난제: '계면 문제'
전고체 배터리는 고체 전해질을 사용함으로써, 기존 액체 전해질의 '고체-액체' 계면에서 '고체-고체'로 접촉 방식이 바뀌게 됩니다. 이로 인해 아래와 같은 문제가 발생합니다.
- 계면 저항이 증가하여 출력 특성이 저하됨
- 계면 응력으로 인해 충·방전 사이클 수명이 짧아짐
- 전극-전해질 간 부반응으로 인한 안정성 저하
또한 전고체 배터리는 제조 시 외부 압력을 가해 계면 접촉을 유지해야 하며, 이로 인해 전지 시스템의 설계 난이도와 제조 비용이 증가합니다.
3. 두 번째 난제: '비용 문제'
1) 전해질 원재료 가격
- 고분자 고체 전해질: 약 1~2만 위안/톤 (약 185만~370만 원/톤)으로 액체 전해질과 유사한 수준
- 산화물 전해질 (LATP): 원재료 약 2만 위안/톤 (약 370만 원), 판매가는 10~30만 위안/톤 (약 1,850만~5,550만 원)
- 황화물 전해질: 아직 제조 공정이 성숙하지 않아 수천만 위안/톤 (약 수십억 원/톤)의 고가, 향후 Li₂S 원료의 대량 생산과 공정 개선 시 12.3만 위안/톤(약 2,280만 원)까지 하락 가능
2) 제조 공정과 수율 문제
전고체 배터리 제조의 주요 어려움은 다음과 같습니다.
- 전해질-전극 복합 성막 공정 미성숙
- 압력 가공이 필요해 설비 비용 증가
- 고체 전극의 팽창으로 인한 기계적 스트레스 및 수율 저하
이러한 기술적 한계로 인해 현재 전고체 셀의 제조 원가는 매우 높은 편입니다. 다만 장기적으로 공정이 안정화되고 수율이 개선된다면, 고니켈 양극+금속 리튬 음극 구성 기준으로 전고체 셀의 단가를 0.69위안/Wh(약 128원/Wh), 삼원계+실리콘 음극 기반의 경우 0.4위안/Wh(약 74원/Wh)까지 낮출 수 있을 것으로 전망됩니다.
* 주: 원재료 기준 가격은 탄산리튬 12만 위안/톤(약 2,220만 원) 기준으로 산정, 고체전해질은 Li₅.₅PS₄.₅Cl₁.₅ 가정, 15만 위안/톤(약 2,775만 원)
※ 본 자료는 산업정보 제공 목적이며, 투자나 구매의 직접적 조언은 아닙니다.
