□ 잇단 화재 사고 등으로 발화 위험성 낮은 '전고체 배터리' 주목
ㅇ 현재 리튬이온 배터리가 많이 쓰이는 전기차, 에너지저장장치(ESS), 무정전 전원장치(UPS)의 화재 사고가 끊이지 않으면서 전고체 배터리에 대한 관심 배가
ㅇ 카카오 서비스 장애를 일으킨 판교 데이터센터 화재도 배터리관리시스템(BMS)·무정전 전원장치(UPS) 오작동 등의 가능성이 대두되면서 배터리 발화는 이슈이자 해결 과제
ㅇ 이에 발화 위험성이 낮은 전고체 배터리가 리튬이온 배터리 한계를 극복할 수 있는 차세대 배터리로 부상하면서 업계의 기술개발 활기
- 리튬이온 배터리는 양극과 음극 사이에 이온을 전달하는 전해질이 액체로, 온도에 따라 얼거나 가스로 기화되어 팽창하기 때문에 양극과 음극이 만나는 것을 물리적으로 막고 있는 분리막이 제 역할을 못할 경우 폭발 가능
- 반면 전고체 배터리는 전해질을 고체로 대체하여 이 고체가 분리막의 역할까지 담당하는 구조
- 주변 환경 변화에 따라 액체가 팽창해서 발생하는 폭발·화재 위험성이 낮으며 분리막이 필요없기 때문에 배터리 크기를 줄일 수 있고 얇게 만들어 구부리는 등 다양한 형태로 제작 가능
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□ 도요타를 비롯해 일본 기업, 전고체 배터리 기술력 두각
ㅇ 2000년부터 2022년 3월 말까지 세계 전고체 배터리 특허를 가장 많이 보유한 기업은 도요타로 총 1,331건으로 집계
※ 일본경제신문이 특허 조사회사 패이턴트리절트(PatentResult)와 함께 미국·유럽·일본·중국 등 10개국과 세계지적재산권기구(WIP)에 출원된 전고체 배터리 관련 특허를 조사한 결과
- 파나소닉HD(2위)·이데미츠코산(3위)·무라타제작소(5위)·스미모토상사(7위)·후지필름(8위) 순으로 Top10 내 일본 기업은 6곳 포진
※ 우리나라는 삼성전자·LG화학·현대자동차·LG에너지솔루션 4개 기업 포함
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- 1990년대부터 전고체 배터리를 연구하기 시작한 도요타는 배터리 구조에서부터 재료, 제조공정까지 다양한 분야의 특허를 보유
- 지난 8월 말에는 전기차용 배터리 생산능력을 높이기 위해 미국과 일본에 7,250억 엔 투자를 발표하는 등 배터리 시장 공략에 적극적
※ 파나소닉과 공동 출자한 효고현 히메지시 공장에 4,000억 엔, 미국 노스캐롤라이나주 자회사에 3,250억 엔을 투자할 계획
- 도요타는 2025년 전에 전고체 배터리를 탑재한 하이브리드 차량을, 닛산·혼다는 2030년 전에 전고체 배터리 전기차를 판매한다는 구상
- 전고체 배터리를 탑재한 전기차는 주행거리가 2배로 늘어나고 충전 시간은 3분의 1수준으로 감소 가능할 것으로 기대
□ 日 정부의 전고체 배터리 개발 지원 등에 힘입어 업계 연구개발 탄력
ㅇ 국립연구개발법인 ‘신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)’는 그린이노베이션 기금 사업의 일환으로 ‘차세대 축전지·차세대 모터 개발*’ 프로젝트에 착수(’22.4)
- 그린이노베이션 기금 2조 엔(약 19조 원) 중 1,510억 엔을 고성능 배터리와 원재료, 배터리 재활용 기술, 모빌리티용 고효율·고출력 모터 개발에 배정
* 프로젝트 기간은 2030년까지(예정)
- 이 중 고성능 배터리 원재료 개발에 가장 많은 1,205억 엔 투입
- 고성능 배터리 개발 과제는 구체적으로 △운행 거리 등에 영향을 주는 에너지 밀도를 현재의 2배 이상 향상시키는 고용량계 축전지(전고체 배터리 등)나 그 재료 개발 △코발트나 흑연 등 특정 국가나 지역에 대한 공급 의존도가 높은 재료의 사용량 저감을 가능하게 하는 대체 재료 개발 △재료의 저탄소 제조공정 개발 등
- 궁극적으로 자동차의 전동화를 뒷받침하는 기술이나 축전지·모터의 산업 경쟁력을 제고하는 동시에 재료나 재생(Recycle)을 포함한 공급(supply) 및 밸류(Value)체인 강화가 목표
ㅇ 이번 프로젝트에 다수의 배터리·소재·부품·IT 기업이 참여하면서 연구개발 속도
- 혼다는 탄소배출을 억제하면서 전고체 배터리를 생산하는 기술 개발 시작, 닛산은 고성능 전고체 배터리 개발 추진
- 이와 함께 파나소닉, 마쓰다, APB(All Polymer Battery) 등도 기존보다 에너지 밀도를 두 배 이상 높인 차세대 배터리 개발 중
- 철강 기업인 스미토모상사와 정유 기업인 이데미츠코산은 배터리 제조 과정 중 발생하는 탄소를 감축하는 연구 진행
- 신형 모터 개발 지원은 모터 제조사인 니덱과 부품 제조사인 덴소가 담당, 양사는 2030년까지 기존대비 에너지 효율을 85% 이상 높인 모터를 개발한다는 목표
□ (참고) 韓 차세대 배터리 개발 한창, 카카오 사태는 전고체 배터리 개발 마중물 기대
ㅇ (삼성 SDI) 올 3월 경기도 수원에 위치한 SDI연구소 내 2,000평 규모의 전고체 배터리 파일럿 라인을 착공하며 고체 전해질 공정 설비와 관련 인프라 확대
ㅇ (LG에너지솔루션) 업계 중 유일하게 2가지 종류의 전고체 전지(고분자·황화물계)를 동시 개발 중
ㅇ (SK온) 1월부터 미국 조지아 공대와 협력해 차세대 전고체 배터리를 개발 중이며 미국 전고체 배터리 스타트업 ‘솔리드파워’에도 약 350억 원을 투자해 공동 연구
ㅇ 한편 SK 데이터센터의 정확한 화재 원인은 감식이 진행 중이나, 무정전전원장치(UPS)에 설치된 리튬이온배터리의 자체 발화 및 배터리관리시스템(BMS) 이상 등 여러 가능성에 무게
- 국내 배터리 업계는 이번 사태가 리튬이온 배터리보다 상대적으로 강점이 많은 전고체 배터리 필요성이 더욱 높아지는 계기가 될 것으로 예상하며 개발에 더욱 속도를 낼 전망
