전기차 배터리

전고체 배터리, 상용화 시기와 기술 과제

yejiverse 2025. 8. 16. 14:19

전기차(EV) 시장의 미래를 바꿀 기술로 가장 자주 언급되는 것이 바로 전고체 배터리(Solid-State Battery)입니다.
현재 대부분의 전기차가 사용하는 리튬이온 배터리를 대체할 수 있는 차세대 기술로, 더 높은 에너지 밀도와 빠른 충전 속도, 그리고 폭발·화재 위험을 크게 줄일 수 있는 안전성이 장점으로 꼽힙니다.

최근 글로벌 주요 완성차와 배터리 제조사들이 2027~2030년을 전고체 배터리 상용화 목표 시점으로 설정하면서, 이제 이 기술은 먼 미래의 이야기가 아니라 곧 현실이 될 수 있는 혁신으로 주목받고 있습니다.

전기차 배터리의 미래 모델, 전고체 배터리 사진

 

전고체 배터리, 쉽게 이해하기

전고체 배터리는 말 그대로 배터리 속 전해질이 ‘고체’인 배터리입니다.
일반 리튬이온 배터리는 액체 전해질을 사용해 전기를 전달하지만, 이 액체는

  • 온도 변화에 약하고
  • 화재 위험이 있으며
  • 고속 충전 시 성능 저하가 발생합니다.

전고체 배터리는 이 액체 대신 고체 전해질을 사용합니다. 세라믹·유리·고분자 등 특수 소재로 만들어져 열과 충격에 강하며, 화재 위험이 거의 없습니다.

비유로 이해하기

  • 리튬이온 배터리(액체): 물이 흐르는 수도관 → 누수·증발 위험, 온도에 따라 흐름이 달라집니다.
  • 전고체 배터리(고체): 금속 파이프 → 단단하고 안전하며, 외부 환경에 영향 적습니다.

장점

  1. 안전성: 폭발·화재 위험 대폭 감소합니다.
  2. 에너지 밀도↑: 같은 무게에서 더 많은 전기 저장합니다.
  3. 고속 충전: 몇 분 만에 대부분 충전 가능합니다.
  4. 수명: 충·방전 반복에도 성능 저하가 적습니다.

단점·과제

  • 제조비용이 기존 대비 3~5배 높습니다.
  • 전극-전해질 접촉 문제(계면 저항)가 있습니다.
  • 양산 설비와 기술 안정화 부족합니다.

 

전고체 배터리 vs 리튬이온 배터리 비교표

구분 전고체 배터리(Solid-State Battery) 리튬이온 배터리 (Lithium-ion Battery)
전해질 종류 고체 전해질 (세라믹, 유리, 고분자 등) 액체 전해질
안전성 매우 높음 (화재·폭발 위험 거의 없음) 중간 (열 폭주 시 화재·폭발 위험)
에너지 밀도 높음 (동일 부피·무게 대비 더 많은 전기 저장) 보통~높음
충전 속도 매우 빠름 (수분 내 80% 이상 충전 가능) 보통 (30분~수 시간 소요)
수명(충·방전 사이클) 길음 (성능 저하 적음) 중간~길음 (고속 충전 시 저하 가속)
온도 내성 우수 (저온·고온 환경에서도 안정적) 온도에 민감
제조비용(현재) 매우 높음 (리튬이온 대비 3~5배) 상대적으로 저렴
양산 난이도 매우 높음 (공정 복잡, 기술 미성숙) 낮음~중간 (기술 성숙도 높음)
상용화 시기 2027~2030년 예상 이미 상용화 완료
적용 분야 차세대 전기차, 항공 모빌리티, 고성능 ESS 전기차, 스마트폰, 노트북, ESS 등

 

주요 제조사의 상용화 시기

기업 상용화 목표 시기 특징
삼성SDI 2027년 전고체 양산 라인 구축, 프리미엄 EV 적용
LG에너지솔루션 2030년 기술 완성·원가 안정 후 대량 양산
현대차·기아 2030년 이후 장거리·고성능 EV 라인업에 적용
토요타 2027~2028년 시험 생산 후 단계적 확대
니산 2028~2029년 2025년 시험 생산 시작
메르세데스 2030년 전후 Factorial과 공동 개발

종합적으로 보면, 2027~2030년이 가장 유력한 상용화 시기로 전망됩니다.

 

 

전고체 배터리 상용화를 가로막는 기술 과제

비용 문제

  • 현재 제작 단가는 기존 리튬이온 대비 3~5배 높습니다.
  • 2028 - 2030년 $140, 175/kWh로 하락 예상됩니다.

계면 저항·안정성

  • 고체 전해질과 전극이 밀착되지 않으면 전기 전달 효율이 떨어집니다.

리튬 덴드라이트 문제

  • 리튬 금속 전극에서 발생하는 바늘 모양 결정이 단락과 안전 문제 유발합니다.

기계적·열적 제약

  • 충·방전 과정의 팽창·수축과 열 관리가 어렵습니다.

제조 공정 복잡성

  • 박막 증착, 진공 공정 등 대량 양산이 까다로운 기술 필요합니다.

 

투자와 시장 확산 동향

  • 시장 규모: 2030년까지 연평균 40% 이상 성장, 8억 달러 이상 시장 형성 전망합니다.
  • 주요 협력 사례:
    • BMW·Ford → Solid Power와 협업
    • Mercedes-Benz → Factorial과 공동 개발
    • Toyota → Idemitsu와 소재 개발 협력

 

소비자와 업계에 미칠 영향

소비자 측면

  • 주행거리는 최대 1,000km가 됩니다.
  • 10분 내 고속 충전 가능합니다.
  • 화재 위험 거의 없는 EV가 보급됩니다.

업계 측면

  • 배터리 제조사는 비용 절감+안정성 확보가 관건입니다.
  • 완성차 제조사는 고성능 프리미엄 EV 시장에서 경쟁력 강화 가능합니다.

 

결론

전고체 배터리는 전기차 산업의 판도를 바꿀 잠재력을 가진 기술입니다.
상용화 시기는 2027~2030년이 유력하며,
비용·안정성·생산성이라는 세 가지 장벽을 넘는 기업이 차세대 EV 시장의 주인공이 될 것입니다.