전기차의 미래를 바꿀 차세대 배터리: 전고체와 리튬메탈 배터리, 과연 언제쯤 만날 수 있을까?

본 글에서는 전기차의 주행거리와 충전 시간 문제를 해결할 핵심 열쇠로 주목받는 전고체 배터리와 리튬메탈 배터리의 최신 기술 동향 및 상용화 전망에 대해 간략하게 소개하고, 주요 포인트와 실생활 적용 사례를 알아봅니다. [1], [2]

전기차 시장이 급성장하면서, 소비자들은 더 긴 주행거리와 더 빠른 충전 시간을 요구하고 있습니다. 기존 리튬이온 배터리의 한계를 넘어서기 위해 전고체 배터리와 리튬메탈 배터리 같은 차세대 배터리 기술 개발이 전 세계적으로 활발하게 이루어지고 있습니다. [3]

1. 전고체 배터리: 안전성과 고성능의 꿈의 배터리
전고체 배터리는 현재 널리 사용되는 리튬이온 배터리의 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용합니다. 이는 화재 및 폭발 위험을 현저히 낮추고, 에너지 밀도를 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 있습니다. 마켓앤마켓 보고서에 따르면, 전고체 전지 시장은 2020년 약 6,160만 달러에서 2027년에는 연평균 34.2% 성장하여 약 4억 8,250만 달러에 도달할 것으로 예상됩니다. 특히 전기차는 전고체 전지의 가장 큰 수요 시장으로 꼽히며, 2027년부터 양산이 시작되어 2035년에는 전체 배터리 시장의 10~13%를 차지할 것으로 전망됩니다. [1], [5]
국내 배터리 3사(삼성SDI, LG에너지솔루션, SK온)와 완성차 기업들은 전고체 배터리 개발 및 상용화에 박차를 가하고 있습니다. 삼성SDI는 국내 배터리 업체 최초로 파일럿 라인을 조성하며 양산 기술 확보에 주력하고 있으며, LG에너지솔루션은 초고에너지밀도 셀 구현을 목표로, SK이노베이션은 황화물계 및 고분자·산화물 복합 전고체 배터리를 투트랙으로 개발 중입니다. 해외에서는 미국의 퀀텀스케이프가 2025년부터 대량생산을 계획하고 있으며, 일본의 도요타는 2028년 전고체 배터리를 탑재한 전기차 상용화를 목표로 하고 있습니다. [5]

2. 리튬메탈 배터리: 주행거리 혁신의 핵심
리튬메탈 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 흑연 음극재를 리튬메탈로 대체하여 배터리 무게와 크기는 줄이면서 에너지 밀도와 주행 거리를 획기적으로 향상시킬 수 있는 차세대 기술입니다. 이론적으로 기존 리튬이온 배터리보다 약 10배 높은 리튬 저장 용량을 가질 수 있어, 배터리 소형화와 장거리 주행 구현에 결정적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. LG에너지솔루션과 KAIST 공동 연구팀은 붕산염-피란 기반의 액체 전해액을 활용하여 리튬메탈의 부식 문제를 해결하고, 1회 충전에 900km 이상 주행이 가능한 기술을 개발하기도 했습니다. 이는 기존 고성능 전기차의 주행 거리(600km)보다 약 50% 늘어난 수준입니다. [3]
다만, 리튬메탈 배터리는 반복된 충·방전 과정에서 리튬 덴드라이트(나뭇가지 모양의 돌기)가 형성되어 배터리 연결 이상이나 화재·폭발 위험을 높이는 기술적 난제가 남아있습니다. 하지만 SNE리서치는 리튬메탈 음극을 적용한 전고체 배터리(SLMB) 시장이 2035년 최대 470억 달러(약 68조 원)까지 성장할 것으로 전망하며, 정책적 지원과 산업 생태계의 유기적 협력이 병행된다면 리튬메탈 배터리가 차세대 배터리 산업의 새로운 패러다임을 주도할 핵심 기술로 자리매김할 수 있을 것이라고 강조했습니다. [2]

3. 충전 시간 단축을 위한 노력
차세대 배터리 기술은 주행거리 향상뿐 아니라 충전 시간 단축에도 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 이미 15분 이내에 전기차 배터리를 고속 충전하는 기술이 개발되기도 했습니다. 국내 배터리 기업들은 1회 초급속 충전으로 600km 주행이 가능한 기술 개발에 집중하며, 2026년에서 2030년 사이에 해당 제품을 양산할 계획입니다. [4]

마무리
전고체 배터리와 리튬메탈 배터리는 전기차의 짧은 주행거리와 긴 충전 시간이라는 약점을 극복하고, 전기차 시대를 가속화할 핵심 기술로 평가받고 있습니다. 물론 상용화까지는 아직 해결해야 할 기술적 난제와 가격 경쟁력 확보라는 과제가 남아있지만, 관련 기업들의 끊임없는 연구 개발과 정부의 정책적 지원이 뒷받침된다면 가까운 미래에 더욱 안전하고 효율적인 전기차를 만나볼 수 있을 것으로 기대됩니다. 앞으로도 차세대 배터리 기술의 발전 동향을 꾸준히 지켜보는 것이 중요할 것입니다. [1], [2], [5]

참고내용/출처
* [1] 전고체 전지 기술 동향, 2025-02-01, https://hollopapa.tistory.com/entry/%EC%A0%84%EA%B3%A0%EC%B2%B4-%EC%A0%84%EC%A7%80-%EA%B8%B0%EC%88%A0-%EB%8F%99%ED%96%A5

전고체 전지 기술 동향

* [2] "리튬메탈 배터리 시장, 10년 뒤 '68조' 규모", 2025-04-07, https://m.wowtv.co.kr/NewsCenter/News/Read?articleId=A202504070363

＂리튬메탈 배터리 시장, 10년 뒤 ＇68조＇ 규모＂

* [3] LG에너지솔루션, 차세대 배터리 부식 막는 기술 확보... 전기차 주행거리 50% 늘린다, 2023-12-07, https://www.hankookilbo.com/News/Read/A2023120715140004310

LG에너지솔루션, 차세대 배터리 부식 막는 기술 확보... 전기차 주행거리 50% 늘린다 | 한국일보

* [4] 전기차 배터리 15분 이내 고속 충전하는 기술 개발, 2025-03-17, https://science.ytn.co.kr/program/view.php?mcd=0082&key=202503171657012709

전기차 배터리 15분 이내 고속 충전하는 기술 개발

* [5] 화재 위험 낮고 에너지 밀도 높은 '꿈의 배터리' 전고체 배터리, 작성일 미기재, https://tongsangnews.kr/webzine/202411/2024110180249.html

화재 위험 낮고 에너지 밀도 높은 ‘꿈의 배터리’ 전고체 배터리