무협지 뺨치는 글로벌 배터리 혈투

관우의 ‘청룡언월도’, 여포의 ‘방천화극’…. 영웅호걸들이 어떤 무기를 사용했는지 들여다보는 건 ‘삼국지’ 같은 작품을 읽는 또 다른 재미다. 요즘 한중일 세 나라 간 격전이 벌어지고 있는 글로벌 배터리 산업도 그렇다. 기술 고도화로 이제는 양산 싸움으로 접어들면서 본격적인 ‘포트폴리오 전쟁’이 개막했다. 각 사가 주력하는 배터리 제품의 형태도, 특징도 아직은 다양하다. 어느 것이 결국 시장을 접수할까.

‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리는 이론의 여지가 없는 배터리 산업의 미래다. 17일 서울신문이 세계 배터리 시장 점유율 상위 6곳(CATL·LG에너지솔루션·파나소닉·SK온·삼성SDI·BYD)의 배터리 포트폴리오 현황을 확인한 결과 한 곳도 빠짐없이 전고체 배터리 개발에 돌입한 상태다.

전고체 배터리의 장점은 확실하다. 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 배터리는 온도 변화에 취약하지만 전고체 배터리는 극한의 열과 압력에서도 정상 작동한다. 현재 리튬이온 배터리를 안정시키기 위한 기능들을 생략할 수 있게 되고, 이는 결국 전기차의 숙원인 경량화와 주행거리 상승으로 이어진다. 완성차 중에서 기술력으로는 도요타가 가장 앞선 것으로 평가되며 폭스바겐과 BMW, 현대자동차 등 유수의 제조사들이 전고체 배터리 기술 확보에 나섰다.업계에서는 전고체 배터리가 양산되는 시점을 대략 2020년대 후반쯤으로 예측한다. 이 시점을 명확히 밝힌 곳으로는 삼성SDI가 있다. 삼성SDI는 전고체 배터리를 2027년 상용화하겠다고 선언했는데, 올해 상반기 전고체 배터리 파일럿 라인인 ‘S라인’ 구축을 완료하고 하반기부터 시생산에 나섰다. SK온은 최근 단국대와 함께 세계 최고 수준의 리튬이온전도도를 갖는 산화물계 고체 전해질을 공동으로 개발했다고 밝히며 이목을 끌었다. 대략 2030년쯤이면 선두 업체 대부분은 전고체 배터리 양산에 성공했을 것으로 예상된다.다만 전고체 배터리가 나오자마자 시장의 판도를 뒤바꿀지는 미지수다. 양산형 전기차에 사용하기 위해서는 가격이 관건인데 당장은 그만큼 낮추기 어려울 것으로 관측된다. 전고체 전지가 진짜로 시장을 지배할 ‘게임 체인저’가 되려면 시간이 훨씬 더 필요하다는 얘기다. 국내 한 배터리사 관계자는 “그동안 리튬이온 배터리도 안정성, 경제성을 개선해 왔던 만큼 쉽게 주도권을 빼앗기진 않을 것”이라면서 “전고체 배터리는 고가의 럭셔리 전기차나 선박·항공기에 우선 쓰일 것으로 보인다”고 전망했다. SNE리서치는 2030년 전고체 배터리의 시장 침투율이 4%에 그칠 것으로 내다보기도 했다.

전고체 배터리 논쟁은 분리막 등 기존 리튬이온 배터리 공급망에 속한 기업들의 ‘밥그릇’과도 밀접한 연관이 있다. 양극판과 음극판을 분리해 주는 막인 분리막은 배터리 안정성과 밀접한 관련이 있다. 리튬이온 배터리의 4대 핵심 소재로 꼽히기도 한다. 하지만 전고체 배터리에서는 사용되지 않는다. 전고체 배터리의 시장 침투율이 올라가는 것은 분리막 업체들에는 그리 달갑지 않은 상황이다.

파우치형과 각형 그리고 원통형. 배터리 천하를 ‘삼분’하는 폼팩터 주도권 역시 최근 격변하는 양상이다. 과거 파우치형에서 현재 대세는 각형으로 옮겨간 추세. 이 분위기를 최근 떠오르는 원통형이 빼앗을 수 있을지가 관전 포인트다. 업계에서 각형 배터리의 글로벌 시장 점유율은 대략 70%를 넘나드는 것으로 보고 있다. 파우치형 대비 각형의 최대 장점은 공정이 덜 복잡하다는 건데, 역사가 깊은 원통형은 각형보다도 양산이 더 쉬운 것으로 알려졌다. 다만 원형의 구조 탓에 공간 효율이 떨어진다는 단점이 있었지만 테슬라의 성공을 시작으로 최근 ‘비전 노이어클라세’를 공개한 BMW까지 속속 원통형을 채택하면서 분위기가 바뀌고 있다.원통형은 오랫동안 생산해 왔던 방식인 만큼 전통이 있는 배터리 기업이 잘 만든다는 인식이 있다. 파나소닉과 LG에너지솔루션, 삼성SDI 등 기존 원통형 강자들이 현재 ‘2170’ 배터리를 넘어 차세대 원통형으로 꼽히는 ‘4680’ 등 ‘46파이’ 배터리 개발에 역량을 집중하고 있다. 그러나 지난해부터 닝더스다이(CATL) 등 중국 업체들도 원통형에 뛰어들면서 긴장감이 감돌고 있다. 특히 BMW 노이어클라세 차량에 탑재되는 원통형 배터리의 일부 물량을 CATL과 중국 업체인 이브이이(EVE)가 수주했다는 소식이 알려지면서 불안감은 더욱 커진 모양새다. 하지만 전체 프로젝트 대비 중국이 수주한 물량은 극히 일부인 것으로 파악되며 향후 추이는 더 지켜볼 필요가 있다.국내 투자자들에게 리튬인산철(LFP)과 니켈코발트망간(NCM)을 비롯한 삼원계라는 단어는 굉장히 민감하게 받아들여진다. LFP는 중국, 삼원계는 한국이 잘 만든다는 평가가 지배적인 가운데 최근 완성차 제조사들이 속속 LFP를 채택하고 나서는 상황이 국내 배터리 회사의 주식을 가진 이들에게는 그리 좋지 않은 소식으로 들려서다. 폭스바겐이나 현대차 등 가격 경쟁력이 중요한 대중차 제조사들뿐만 아니라 최근 메르세데스벤츠, 볼보 등 프리미엄을 표방하는 제조사들도 LFP 배터리를 탑재하겠다고 나섰다.한때 LFP 배터리의 확장성에 의문을 품던 국내 3사도 달라진 분위기 속 최근 개발에 박차를 가하고 있다. 기술 난도를 한 수 아래로 내려다보고 개발이 본궤도에 오르면 충분히 따라잡을 수 있을 거란 계산이다. 그러나 중국 업체들의 LFP 발전 속도가 예상보다 빠른 것으로 평가되면서, 추격전은 꽤 긴장감 있게 전개되고 있다. 온전히 신뢰하기에는 무리가 있지만 최근 CATL이 “충전 10분 만에 400㎞를 달릴 수 있다”고 주장하며 공개한 ‘셴싱 배터리’는 LFP 배터리의 한계가 빠르게 극복되고 있다는 대표적인 사례이기도 하다.