고체 배터리는 언제 다음 단계로 나아갈까? 궈쉬안 하이테크: 준고체 배터리가 5년 내 시장에 출시된다.

고션하이테크(002074.SZ)가 전고체 배터리 제품을 출시한 지 1년 만에 2025 글로벌 기술 컨퍼런스를 개최했다. 이 자리에서 0.2GWh급 전고체 배터리 파일럿 라인의 구축 완료와 함께 고션의 준고체 배터리를 포함한 6종의 신제품을 발표했다. 현재까지 4곳 이상의 고객사가 이 준고체 배터리를 차량에 탑재하여 테스트를 진행 중인 것으로 알려졌다.

컨퍼런스에서 주바오싱 고션하이테크 최고과학자는 고션의 준고체 배터리 셀 에너지 밀도가 300Wh/kg 이상, 시스템 에너지 밀도가 235Wh/kg을 넘어선다고 소개했다. 주요 응용 분야는 eVTOL, 신에너지차(NEV), 그리고 휴머노이드 로봇의 세 가지 영역에 집중되어 있다.

주바오싱은 차이롄프레스에 준고체 배터리의 기준은 안전성과 더불어 그 이면의 고용량 및 긴 주행거리라고 밝혔다. 이에 따라 회사가 차량 탑재 테스트를 위해 선정한 완성차 업체들은 모두 국내외 유명 브랜드로, 이들 제품은 더 긴 주행거리와 최신 차량 모델을 갖추고 있어 주행거리 1,000km 달성이 가능하다. "올해 여러 완성차 업체가 고션 준고체 배터리의 자사 차량 탑재 계획을 발표할 것으로 예상된다."

기술적 성숙도, 비용 통제 가능성, 안전성 확보는 준고체 배터리가 시장에 진입하기 위한 세 가지 필수 조건으로 여겨진다. 준고체 배터리의 시장 진입 시기에 대해 주싱바오는 컨퍼런스 이후 인터뷰에서 5년 내에 신속한 시장 진입이 예상되지만, 완전한 규모의 상용화까지는 다소 시간이 걸릴 것이라고 밝혔다.

준고체 배터리, '모두 갖추기'의 과제에 직면하다

전고체 배터리의 '절충안'인 준고체 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 주행거리라는 장점, 그리고 액체 리튬 배터리의 열 폭주 위험 문제를 더 잘 해결할 수 있어 업계의 높은 기대를 받고 있다. 이는 국내 배터리 생산업체들의 경쟁 분야로 자리매김하고 있다.

그러나 주싱바오는 준고체 배터리의 대량 생산 및 차량 탑재가 결코 쉽지 않다고 지적했다. 기술적으로 진정한 고체 배터리 기술은 이온 수송 방식의 근본적인 변화를 수반한다. 준고체 배터리 생산의 산업화 과정에서 기존 액체 리튬 배터리 생산 라인의 개조가 필요하다. 어떤 장비를 추가하고, 교체하며, 유지해야 하는지, 그리고 파라미터에 대한 대대적인 조정이 필요한지 지속적인 탐색이 요구된다. 예상보다 변화의 폭이 훨씬 크다.

그의 견해로는, 현재 준고체 배터리는 이미 구현 조건을 갖추었으나, 기술을 얼마나 깊이 있게 파고드느냐에 달려 있다고 본다. "만약 전해질을 100%에서 90%로 줄이는 데 그친다면 배터리는 분명 작동하겠지만, 안전성이 향상되었는지는 의문입니다. 이는 진정한 난제를 극복하지 못했음을 의미합니다."

주싱바오에 따르면, 고션의 준고체 배터리는 여러 핵심 배터리 기술을 극복했다. 가장 주목받는 안전성 측면에서, 그 솔리드 스테이트 설계는 배터리에 '나노 스케일'의 방탄복을 제공하여 3mm 강철 바늘에 관통당해도 '불연·비폭발' 상태를 유지할 수 있게 한다.

구현 측면에서 고션하이테크는 12GWh 규모의 준고체 배터리 생산 라인 구축을 계획하고 있다. 현재 고션의 준고체 배터리를 탑재한 '001' 프로토타입 차량은 누적 주행거리 1만 km를 돌파했다.

주싱바오는 일부 완성차 업체가 이미 초기 단계에서 1,000km 주행거리를 갖춘 반고체 배터리를 시장에 내놓았지만, 수율은 45%에 불과할 수 있다고 언급했다. 기업에게 이는 상업적 구현이 불가능하다는 것을 의미한다. 시장에 출시된 제품은 기업에 이윤을 남길 수 있어야 하며, 그렇지 않으면 생존할 수 없다.

"과학적, 기술적 문제를 해결하는 동시에 수익성을 달성해야 합니다. 이것이 반고체 배터리 상용화의 주요 과제입니다."라고 그는 덧붙였다. 현재 회사의 2세대 반고체 배터리는 더 높은 용량의 시스템을 통합하기 시작했다. 하지만 안정성 문제를 해결하고 안전 위험을 낮추기 위해서는 여전히 추가적인 과학 연구가 필요하다. 또한 상업적 구현 단계에서는 높은 수율 달성 여부도 확인해야 한다.

전고체 배터리는 언제쯤 출시될까?

주목할 점은, 이번에 고션하이테크가 발표한 6종의 제품 가운데 '진스' 전고체 배터리가 포함되어 있다는 것이다. 사업 책임자인 판루이쥔에 따르면, 이 배터리는 황화물 경로를 채택했으며, 배터리 셀 에너지 밀도는 350Wh/kg, 단일 셀 용량은 70Ah이다. 이미 차량 탑재 테스트를 시작했다.

고체 배터리는 높은 안전성과 에너지 밀도 장점 덕분에 전 세계적으로 연구 개발의 중심이 되었으며, 파워 배터리를 기술 갱신의 중요한 전환점으로 이끌고 있다. 주싱바오는 차이롄프레스 등 언론에 고체 배터리의 인기가 바로 기술 경로의 다양성 덕분이며, 높은 전기 전도성을 지닌 소재를 사용해 전해질을 대체하기 때문이라고 설명했다.

현재 시장에서 황화물 경로가 가장 인기가 많지만, 이 소재는 밀봉, 공정, 비용 측면에서 실제 적용에 더 높은 요구 조건을 제시한다.

또한 보로하이드라이드 화합물과 박막 고체 전해질과 같은 경로도 존재한다. "각 전해질 소재는 절대적인 장점이 있지만 절대적인 단점 또한 존재합니다. 따라서 국내 생산업체들은 현재 복합 경로를 선택하여, 다중 소재 시스템의 협업 최적화와 상호 학습을 통한 돌파구를 모색하고 있습니다."라고 주싱바오는 전했다.

산업화 속도 조절 측면에서 업계는 '2단계' 접근 방식이라는 전략적 공감대를 형성했다. 과도기적 해결책인 반고체 배터리는 이미 3~5년 내 신속한 구현 조건을 갖추고 있다. 고션하이테크는 5년 내로 신속한 시장 진입이 가능할 것으로 전망하고 있다.

전고체 배터리의 경우, 높은 이온 전도성과 우수한 기계적 안정성 등의 장점을 지닌 황화물 경로가 가장 유망하다. 앞으로 업계는 이 시스템에 대한 심층 연구를 지속하여 기존 난제들을 끊임없이 극복해 나갈 것이다. 앞서 업계 전문가들은 중국 내 업계 계획 목표가 2025년까지 안정적인 황화물을 달성하여 배터리 산업화 수준에서의 적용을 가능하게 하는 것이라고 밝힌 바 있다. 2026년에는 배터리 셀 수준의 테스트가 진행될 예정이며, 업계는 이 분야에 대한 노력을 계속 강화하고 있다. 도로 주행 테스트를 달성한 고션하이테크는 선도적인 진전을 이루었다.

업계 분석가들은 반고체 배터리의 상용화 시점이 2025년에서 2028년 사이에 나타날 수 있다고 본다. 주싱바오는 중국이 파워 배터리 분야에서 이미 매우 앞선 기술을 보유하고 있지만, 미래에 파괴적인 기술로 대체될 가능성이라는 도전에도 직면해 있으며, 이것이 바로 고체 배터리 연구 개발의 필요성을 강조한다고 말했다. 현재 미국, 일본, 한국 모두가 이 경로에 베팅하고 있다. 그의 견해로는, 고체 배터리 연구 개발이 성공한다면 기존 액체 배터리를 대체하게 될 것이며, 중국의 파워 배터리 기술은 세계적으로 계속 선도할 것이다.