中 CATL 올해부터 상용화…비야디 대규모 투자도
전고체 배터리 전기차 넘어 로봇으로 수요 확대
국내 3사 2030년까지 모두 상용화 완료
글로벌 배터리 시장의 ‘양강’인 한국과 중국이 차세대 배터리 경쟁을 본격화한다. 중국은 가격 경쟁력이 높은 나트륨 배터리를, 한국은 에너지 밀도와 안전성을 동시에 확보할 수 있는 전고체 배터리를 중심으로 기술 주도권 확보에 주력하고 있다.
7일 배터리 업계에 따르면 중국 CATL은 승용차와 상용차, 에너지저장장치(ESS) 등으로 나트륨이온 배터리 적용 범위를 확대하며 올해부터 본격적인 상용화에 들어간다. CATL은 지난해 4월 2세대 나트륨이온 배터리 ‘낙스트라(Naxtra)’를 공개한 바 있다.
비야디(BYD) 역시 원가 경쟁력 확보를 위해 나트륨이온 배터리 투자를 늘리고 있다. 비야디는 약 100억위안(약 1조8500억원)을 투입해 중국 내 연간 30기가와트시(GWh) 규모의 전용 공장을 건설 중이며, 연내 가동을 목표로 하고 있다.
나트륨 배터리는 리튬 대신 나트륨을 활용한다. 특정 지역에 한정적으로 매장된 리튬과 달리 나트륨은 전 세계적으로 풍부하게 매장돼 있어 원료 수급 안정성과 가격 경쟁력 측면에서 유리하다. 나트륨 매장량은 리튬 대비 1000배 이상 많은 것으로 알려져 있다.
리튬과 나트륨은 화학적 성질이 비슷해 소재나 생산 공정 호환이 쉽다는 점도 강점으로 꼽힌다. 또 나트륨은 알루미늄과 반응하지 않아 구리 동박 대신 저렴한 알루미늄박을 사용할 수 있어 제조원가를 더욱 낮출 수 있다. 저온 환경에서도 높은 성능을 유지한다.
낮은 에너지 밀도가 최대 약점으로 꼽히지만, CATL은 기술 개발을 통해 나트륨 배터리 에너지 밀도를 최대 175Wh/kg까지 끌어올렸다고 전해진다. 이는 LFP 평균 에너지 밀도(160Wh/㎏)를 웃도는 수준이다.
국내 배터리 업계는 기술 경쟁력을 바탕으로 전고체 배터리 개발에 속도를 내고 있다. 전고체 배터리는 액체 전해질을 고체로 대체해 외부 충격에 따른 화재·폭발 위험을 낮추면서도 분리막 자리에 더 많은 활물질을 넣어 높은 에너지 밀도까지 구현한다. 주행거리 1000㎞를 달성할 수 있는 ‘꿈의 배터리’로도 불린다.
다만 고체 전해질 특성상 리튬이온 이동 속도가 느려 출력이 떨어지고, 활물질과 고체 전해질 사이 계면 저항으로 수명이 단축되는 기술적 난제가 있다. 전고체 배터리 개발은 이러한 한계를 극복하는 방향으로 이뤄지고 있다.
국내 배터리 3사 가운데 전고체 배터리 양산 로드맵이 가장 앞선 곳은 삼성SDI다. 삼성SDI는 2023년 파일럿 라인을 구축하고 같은 해 말부터 시제품 생산에 돌입해 다수의 고객사와 샘플 평가를 진행 중이다. 지난해 10월에는 BMW와 테스트 차량 개발을 위한 업무협약을 체결했다.
전고체 배터리가 전기차뿐만 아니라 로봇 등의 분야로 확대 적용될 가능성이 거론된다. 로봇은 제한된 탑재 공간에 높은 안전성과 출력을 동시에 요구하는 만큼 전고체 배터리가 적합하다는 평가다. 삼성SDI도 여러 로봇 업체와 활용 방안을 모색하고 있다고 밝혔다.
LG에너지솔루션은 2029년 전기차용 흑연계 전고체 배터리를 상용화하고, 2030년에는 무음극계를 휴머노이드 로봇용으로 내놓는다는 계획이다. SK온은 2029년 황화물계 상용화를 목표로 대전 미래기술원 내 파일럿 플랜트를 구축하고 기술 개발을 이어가고 있다.
