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연내 오창공장에 전고체 파일럿 라인 구축
시제품 만들고 공정 최적화···양산성 검증
2030년 양산···속도전보다 고품질 집중
리튬황·건식전극 등 차세대 제품·기술 병행
캐즘에도 지난해 1조 넘는 연구개발 투자
소재 연구시설 건설 개시···슈퍼 사이클 대비
[서울경제]
LG에너지솔루션(373220)이‘꿈의 배터리’인 전고체 배터리 상용화에 속도를 내고 있다.전고체 배터리 시제품을 생산하고 공정을 최적화하기 위한 파일럿 라인 구축에 첫발을 떼면서 2030년 목표로 한 전고체 배터리 양산에 한 발짝 더 다가섰다.차세대 배터리를 둘러싼 업계 경쟁이 치열한 가운데 LG에너지솔루션은 단순 전고체 배터리를 넘어 충전 성능과 제조 효율성을 극대화한 기술 개발을 병행하며‘차별화’전략에 힘을 주는 것이다.
미래 시장을 겨냥한 LG에너지솔루션의 기술 담금질은 여기에서 그치지 않는다.회사는 올 들어 연구개발(R&D) 거점인 경기 과천 R&D캠퍼스 증축을 진행하고 있다.이곳에는 2단계 증축을 거쳐 축구장 3개 규모의 배터리 소재 연구시설이 새로 들어서게 된다.배터리 성능·안전성·수명을 좌우하는 소재 분야에서 기술력을 확보하고 경쟁사와 격차를 벌리겠다는 취지다.
오창공장서 전고체 배터리 파일럿 착수…"5년 뒤 양산" 목표
2일 업계에 따르면 LG에너지솔루션은 지난달 충북 오창에너지플랜트 1공장에서 전고체 배터리 파일럿 라인의 건설 공사를 시작했다.오창공장에 전고체 배터리 파일럿 라인을 세우는 것은 이번이 처음이다.LG에너지솔루션은 기존에 대전기술연구원과 서울 마곡 R&D캠퍼스와 같은 연구시설에서 전고체 배터리의 기초 연구·개발을 진행했는데 앞으로는 공장 파일럿 라인에서 시제품을 제작하며 기술력을 한층 끌어올린다.파일럿 라인 구축은 연내 마무리될 예정이다.
전고체 배터리 파일럿 라인은 실험 환경에서 벗어나 양산 환경에서 제품을 구현하는 단계로 진입하는 점에서 의미가 있다.실제 설비로 소규모 시제품을 만드는 과정을 반복해 생산 공정을 최적화하고 주요 고객사와 협의로 품질을 평가하는 등 양산성을 검증하는 것이다.파일럿 라인을 통해 확보한 데이터와 기술 노하우를 기반으로 양산 공정을 설계해 안정적인 수율(완성품 중 양산 비율)을 확보할 수 있다.
전고체 배터리는 리튬이온 배터리에 사용되는 액체 전해질을 고체로 대체한 것으로 에너지 밀도와 안전성을 대폭 강화해 업계 주목을 받고 있다.국내 배터리 3사(LG에너지솔루션·삼성SDI··SK온)뿐만 아니라 중국 CATL과 일본 도요타 등 주요 제조사들이 전고체 배터리 개발에 뛰어들며 치열한 경쟁을 벌이고 있다.고체 전해질은 크게 황화물계·산화물계·고분자계로 나뉘는데 LG에너지솔루션은 황화물계 전고체 배터리 개발을 추진하고 있다.LG에너지솔루션의 전고체 배터리 양산 목표 시점은 2030년으로 삼성SDI·도요타(2027년) 등 경쟁사보다 최대 3년가량 늦다.
LG에너지솔루션은 속도전보다는 고품질 제품을 선보이는 데 집중하는 전략을 택했다.김동명 LG에너지솔루션 사장은 지난해 전고체 배터리와 관련해 “시간이 걸리더라도 제대로 된 제품을 만들겠다”고 피력한 바 있다.최근 전고체 배터리의 충전 속도를 10배 이상 높이는 기술을 개발한 것도 이런 전략의 일환이다.
나아가 기존 음극에서 음극재를 제거한‘무음극 전고체 배터리’까지 계획하고 있다.해당 배터리는 배터리 무게·부피를 줄이면서도 에너지 밀도를 극대화할 것으로 기대된다.리튬이온 배터리 대비 무게당 에너지 밀도를 2배 이상 강화한 리튬황 배터리와 리튬이온 배터리의 가격과 에너지 밀도를 개선한 바이폴라 배터리 개발도 본격화했다.
배터리 공정 기술에도 공을 들이고 있다.건식전극 기술이 대표적이다.이 기술은 배터리 양극·음극 전극을 만들 때 화학 물질을 녹이고 다시 200도 이상의 고온에서 건조하는 기존 공정(습식 공정)을 생략해 배터리 제조 효율을 개선한다.배터리 제조비만 최대 30% 절감할 수 있다.LG에너지솔루션은 지난해 말 오창공장에 건식전극 파일럿 라인을 구축한 데 이어 올해 가동을 시작해 양산성을 확보한다.2028년부터 건식전극 공정을 적용한 제품을 내놓겠다는 구상이다.
김제영 LG에너지솔루션 최고기술책임자(CTO) 전무는 최근‘배터리 재팬 2025’행사 기조 연설에서 “독자적인 소재기술을 확보해 2030년 이전 전고체 배터리 양산을 목표로 기술 개발에 박차를 가하고 있다”며 “리튬황 배터리는 미래 항공기술인 도심항공교통(UAM)과 고고도 플랫폼(HAPS) 등 용도로 개발 중”이라고 말했다.
전기채 캐즘에도 미래 투자 지속…배터리 소재 연구거점 세운다
LG에너지솔루션은 전기차 캐즘(일시적 수요 정체) 등 업계 불황에도 불구하고 전고체 배터리 등 미래 시장에서 앞서가기 위한 R&D 투자를 지속하고 있다.연구시설 확충 등 투자로 머지 않아 다가올‘슈퍼 사이클(초호황기)’에 대비하는 것이다.LG에너지솔루션의 연구개발비는 매년 꾸준히 늘어 2023년(1조 374억 원) 처음 1조 원을 돌파했다.지난해에는 4분기 영업 적자(-2255억 원)를 내며 어려움을 겪었지만 연간 기준 1조 1000억 원 넘는 연구 개발비를 집행해 역대 최대를 경신할 것으로 전망된다.
올 1월 시작된 과천 R&D캠퍼스 증축도 LG에너지솔루션의 기술 개발에 대한 의지를 명확히 보여주는 사례 중 하나다.이곳은 총 2단계 공사로 축구장(국제규격 기준 7140㎡) 3개 크기의 연구시설(연면적 약 2만 2425㎡)이 추가로 들어선다.
2025년 지어진 과천 R＆D캠퍼스는 리튬황배터리·전고체배터리 등 차세대 배터리뿐만 아니라 배터리 성능과 수명을 관리하는 배터리관리시스템(BMS)을 개발하는 연구거점이다.증축을 마치면 차세대 배터리 개발에 필요한 소재를 분석 및 실험하는 시설까지 갖추게 된다.완공 시점은 2029년 이후로 잡았다.
연구개발 인력도 확충한다.과천 R&D캠퍼스에는 현재 약 800명의 인력이 상주해 업무를 수행하고 있다.향후 새 연구시설과 함께 배터리 소재 관련 인력을 충원하면 네 자릿수 이상으로 늘어날 것으로 보인다.과천 R＆D캠퍼스와 도보로 10분 거리인 LG전자 서초R＆D캠퍼스의 6개 층도 LG에너지솔루션 개발 인력으로 채워져 기술 역량을 한층 더 끌어올린다.LG에너지솔루션은 국내에만 세 곳의 연구시설(과천 R＆D캠퍼스·마곡 R＆D캠퍼스·대전기술연구원)을 보유하고 있다.
LG에너지솔루션이 배터리 소재 분야에 기술력 결집에 나서는 것은 미래 제품 경쟁력을 판가름하는 핵심으로 판단했기 때문이다.사용하는 소재에 따라 배터리 성능과 안전성,포커스에이치엔에스 잡플래닛수명,메루카리 대행 사이트 추천충전 속도 등이 크게 달라진다.예를 들어 2030년 양산을 목표로 개발 중인 전고체배터리는 기존 리튬이온배터리에 사용하는 액체 전해질을 고체로 교체해 에너지 밀도는 높이고 화재와 폭발 위험은 낮출 것으로 기대된다.LG에너지솔루션은 최근 전고체배터리에 얇은 실리콘층을 입혀 충전 속도를 10배 향상시키는 기술을 셜리 멍 미국 시카고대 교수와 함께 개발했다.저렴하고 최대 효율을 내는 소재를 개발한다면 배터리 가격 경쟁력도 높일 수 있다.
배터리 업계 관계자는 “글로벌 친환경 규제에 따라 전기차 폐배터리 재활용·재사용이 강조되고 있다”며 “LG에너지솔루션이 자원 선순환 체계 구축이란 비전 아래 재활용 가능성을 극대화한 친환경 소재 개발에도 적극 나설 수 있다”고 말했다.
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