이미지 확대보기
일본 최대 리튬이온 배터리 제조업체 파나소닉이 세계 시장 점유율 3위로 떨어졌다. 이 회사는 한때 세계 배터리 시장을 지배했지만 중국, 한국 등과 같은 장비 및 시설에 많은 투자를 하지 않았다. 이에 따라 전고체 배터리는 일본의 전기차 배터리 시장 복귀 희망이 됐다.
◇도요타의 배터리 투자, 닛산과 혼다 압박
닛케이와 닛칸에 따르면 도요타는 지난해 9월 2030년까지 EV 배터리 사업에 1조5000억 엔(약 126억 달러)을 투자하고 생산량을 200GWh로 늘리기 위해 1조 엔을 투입할 것이라고 발표했다.
도요타는 EV 및 배터리 제조에 4조 엔을 투자하겠다고 발표한 후 3개월 만에 계획을 수정했다. 또한 2030년까지 제조 목표를 2조 엔으로 280GWh로 상향 조정했다.
도요타는 전기차와 연료전지 전기차(FCEV) 판매 목표를 2030년까지 200만대에서 최소 350만대로 높였기 때문에 이러한 변화를 꾀했다. 이 회사는 2020년 6월 콘셉트카 LQ에 전고체 배터리를 장착하고 드라이브를 통해 배터리 데이터를 수집하기 시작했다. 차량은 두 달 후 주행 테스트를 위해 번호판을 받았다.
도요타는 2020년대 후반 상용화된 전고체 배터리 제품을 출시하기 위해 현 궤도를 유지했다. HEV에 먼저 기술을 넣고 렉서스(Lexus)의 BEV에 기술을 넣을 것이다. 이는 전 세계적인 전고체 배터리 경쟁에서 선두를 달리고 있는 업체 중 하나이다.
독일 폭스바겐이 미국 스타트업인 퀀텀스케이프(QuantumScape)와 함께 전고체 배터리를 개발하고 있다. 이 듀오는 양극에 리튬을 사용하고 2024년에서 2025년 사이에 양산을 목표로 하고 있다.
또한 BMW는 전고체 배터리 개발을 위해 미국 스타트업인 솔리드 파워(Solid Power)와 파트너십을 맺었다. 2022년에 파일럿 제품을 출시하고 2025년에 도로에서 배터리를 테스트하고 2030년에 기술을 공식 출시할 계획이다. 앞서 언급한 이 회사들은 모두 도요타와 전고체 배터리 개발 일정이 비슷하다.
그러나 도요타는 이미 경쟁사보다 훨씬 더 많은 특허를 획득했다. 일본 SIPTO 보고서에 따르면 이 자동차 제조사는 전고체 배터리와 관련하여 약 1000개의 국제특허를 가지고 있다. 특허 500여건으로 2위인 LG에너지솔루션보다 훨씬 높은 수치다.
SIPTO(쇼바야시 국제특허상표사무소)는 일본 IP(지적재산권) 국제로펌으로 11개 전문분야에서 기소, 연구, 소송 및 법률 자문을 담당하면서 맞춤형 IP 서비스를 제공하고 있다.
도쿄 공과대학 칸노 료지 교수는 이전에 도요타와 함께 EV배터리를 개발했다. 그는 2021년에 전고체 배터리가 5년 이내에 상용화될 것이라고 말했다. 그러나 이 기술은 납산 배터리 및 리튬 이온 배터리와 같이 그 강도를 입증하기 위해 지속적인 수정이 필요하다.
◇닛산, 전고체 배터리 2024년 시험 생산
닛산-르노-미쓰비시 연합은 지난 1월 회계연도 2030년(2030.4~2031.3)까지 배터리 생산량을 현재 생산량의 20배인 220GWh로 늘릴 것이라고 발표했다. 2030년까지 도요타 생산 목표인 280GWh에 근접한 것이다.
르노-닛산-미쓰비시 연합은 일본과 프랑스에서 배터리 생산을 확대할 예정이다. 또한 닛산이 소수 지분을 보유하고 있는 중국 엔비젼 AESC(Envision AESC, Automotive Energy Supply Corporation)와 함께 새로운 배터리 공장을 건설할 예정이다.
2026 회계연도까지 3사 연합은 EV 연구 및 개발에 230억 유로(254억 달러)를 투자할 예정이다. 2035년까지 35개의 BEV 모델을 출시할 계획이며 90%는 5개의 공유 EV 플랫폼을 통해 제조된다.
닛산은 전고체 배터리 개발을 주도할 것이다. 이 기술은 생산비용의 상쇄와 생산량 증가를 위해 동맹업체의 BEV 모델에 적용될 것이다.
닛산은 2028년에 EV 배터리 가격이 75달러/kWh로 떨어질 것으로 예상한다. 닛산은 전고체 배터리의 냉각 시스템을 단순화함으로써 비용을 65달러/kWh까지 낮출 가능성이 있다. 따라서 전기차와 내연기관차의 가격 동등성을 실현할 것이다.
이미지 확대보기
액체 전해질을 사용하는 기존의 리튬 이온 배터리와 다르게 닛산의 전고체 배터리는 전해질 누출 및 온도 제한과 같은 문제가 없다. 자동차 회사는 전고체 배터리 개발에 1400억 엔을 투자할 것이라고 밝혔다. 2024년 일본 요코하마 공장에 파일럿 생산 라인을 설치, 시운전할 예정이다. 양산은 2028년부터 시작된다.
닛산은 전고체 배터리 기술 개발에 1000억 엔 이상을 투자했다. 이 자동차 회사는 2018년 배터리 자회사인 AESC을 중국 엔비젼 그룹에 매각한 이후 새로운 배터리 기술을 다시 소유하고 있다.
우치다 마코토(Uchida Makoto) 닛산 사장 겸 CEO는 전고체 배터리 생산이 고체 전해질을 채택하는 것 이상이라고 말했다. 이 기술은 또한 새로운 음극 및 양극 재료를 사용한다. 그러나 사장도 회사도 어떤 신소재를 사용할지는 공개하지 않았다.
업계에서는 리튬이온 배터리용 무코발트 양극재 개발에 박차를 가하고 있다. 음극재의 경우 리튬이온을 더 많이 포함하기 위해 실리콘계 물질을 채택하는 추세가 증가하고 있다. 예를 들어 일본 국립재료과학연구원(National Institute of Materials Science)은 2017년 음극재로 실리콘을 사용했다. 채택으로 배터리 용량은 1.5배, 리튬이온은 10배 늘어났다.
◇혼다, 2030년 상용화 목표로 다층 적층 파우치 전고체 배터리 개발
혼다는 2022년 3월 말까지 파일럿 생산 라인을 통해 전고체 제품을 검증할 계획이다. 자동차 제조업체는 2022년 1월 연례 자동차 전시회 및 콘퍼런스인 오토모티브 월드(Automotive World)에서 배터리 기술 개발 진행 상황을 공유했다.
혼다의 전고체 배터리에는 다층 적층 파우치 셀이 포함되어 있다. 회사는 2030년 제품 상용화를 목표로 하고 있다. 전고체 배터리를 탑재한 BEV는 HEV와 같은 가격대와 주행거리를 달성할 수 있다.
혼다는 2040년부터 BEV와 FCEV만 판매하고 연간 판매 목표는 400만대다. 따라서 배터리에 대한 수요가 빠르게 증가할 것이다. 전해액 리튬이온전지 생산 확대와 차세대 전지 상용화 투자를 통해 배터리 사업을 발전시키겠다고 밝혔다.
전고체 배터리가 시장에 출시되기 전에 혼다는 요구사항을 충족하기 위해 현재 배터리 제품을 개선하거나 새로운 제품을 출시할 것이다. 예를 들어, 자동차 제조사는 2022년 1월 미국 배터리 스타트업인 SES(SolidEnergy Systems)의 지분 2%를 인수한다고 발표했다.
2022년 2월 SES는 SPAC(기업인수목적회사)거래를 통해 뉴욕 증권 거래소에서 공개 거래를 시작했고 혼다의 투자를 수락했다. 두 기업은 리튬금속 이차전지 공동 개발 협약도 체결하였다. 이러한 유형의 배터리는 주행범위를 효과적으로 확장할 수 있는 더 큰 에너지 밀도를 가지고 있다.
혼다는 전고체 배터리 연구 및 리튬 금속 배터리에 대한 SES와의 협력을 포함해 다양한 방식으로 EV 배터리를 개발할 것이라고 강조한다. SES는 제너럴 모터스(GM)와 현대차로부터 자금을 받았으며 대만의 폭스콘(Foxconn)은 SES의 투자자 중 하나이다.
2012년 후 치차오(Hu Qichao)가 설립한 SES는 미국 보스턴에 기반을 두고 있으며 재료와 알고리즘을 개발하고 있다. 이 회사는 중국과 한국에 파일럿 생산 라인을 구축·확장하여 배터리 셀, 모듈을 개발하고 자동차 제조업체와 협력하고 있다.
김세업 글로벌이코노믹 기자
