전기차 배터리의 성능과 수명, 안전성을 결정짓는 핵심은 화학적 요소뿐 아니라 제조 공정의 정밀성과 소재 기술의 조합입니다. 배터리공정혁신은 생산 효율성을 높이고 품질 편차를 줄이기 위한 전략이며, 전극소재기술, 전해질고도화, 분리막개선전략은 고에너지밀도와 고안정성을 실현하기 위한 기술적 기반입니다. 본문에서는 이 네 가지 키워드를 중심으로 배터리 기술의 핵심 진화를 살펴봅니다.
1. 배터리공정혁신과 생산 효율 향상
좋은 배터리는 좋은 공정에서 나온다
배터리공정혁신은 소재와 설계만큼 중요한 요소로, 제조 품질의 일관성 확보와 생산 속도 향상, 원가 절감을 동시에 추구하는 전략입니다. 전기차용 리튬이온 배터리는 전극 혼합, 코팅, 건조, 압연, 슬리팅, 조립, 충전·방전 등의 복잡한 공정을 거쳐 생산되며, 각 단계마다 정밀도와 환경 조건에 따라 최종 품질이 좌우됩니다.
현대차그룹과 LG에너지설루션은 무(無) 도포 공정, 극초고속 코팅기술, 건식 전극 기술 등을 통해 생산성 향상과 에너지 사용 절감을 동시에 달성하고 있으며, AI 기반의 공정 제어 시스템으로 불량률을 획기적으로 줄이고 있습니다. 특히 건식 공정은 용매 사용을 줄여 친환경성을 확보할 수 있으며, 건조 시간 단축으로 설비 가동 효율이 극대화됩니다. 자동화 비율 확대와 디지털 트윈 기반 설비 시뮬레이션도 도입되어 공정 최적화를 실현하고 있습니다.
@ 배터리공정혁신은 기술력이 아닌 생산 방식의 진화로 경쟁력을 높이는 근본 전략입니다.
2. 전극소재기술과 에너지밀도 향상
배터리의 출력과 수명, 이 한 장에 달렸다
전극은 배터리의 성능을 결정짓는 가장 핵심적인 구성 요소입니다. 양극은 에너지 밀도를 좌우하고, 음극은 출력과 충전 속도에 영향을 미치며, 둘의 조합에 따라 전체 배터리 특성이 달라집니다. 최근에는 고니켈 양극재와 실리콘계 음극재의 조합이 고성능 전기차를 위한 표준이 되고 있으며, 각 기업은 전극소재기술에서 차별화를 추진하고 있습니다.
LG에너지설루션과 포스코퓨처엠은 NCM(니켈·코발트·망간) 고비율 양극재를 상용화하고 있으며, SK온은 안정성과 에너지 밀도를 동시에 충족하는 하이니켈 양극 소재를 개발 중입니다. 음극재는 기존 흑연에서 실리콘 복합재로의 전환이 본격화되고 있으며, 현대차그룹은 실리콘계 음극재가 적용된 전기차 모델에서 급속 충전 성능을 획기적으로 개선하고 있습니다. 이와 함께 바인더, 전도재 등 보조 소재의 개선도 전극 성능을 최적화하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.
@ 전극소재기술은 배터리의 '심장'을 구성하는 과학입니다.
3. 전해질고도화와 온도 대응력 강화
액체 하나가 배터리의 수명을 결정한다
전해질은 양극과 음극 사이에서 리튬 이온이 이동하는 매개체이며, 배터리의 효율성, 안정성, 수명에 직결되는 핵심 요소입니다. 특히 고출력, 고속충전, 저온 시동 등 다양한 환경에서의 성능을 유지하기 위해 전해질고도화가 필수적으로 요구됩니다. 최근에는 전고체 배터리, 리튬금속 음극 등 차세대 배터리를 고려한 차세대 전해질 기술도 병행 개발되고 있습니다.
LG에너지설루션과 삼성 SDI는 고안정성 전해질 첨가제를 통해 고전압 환경에서도 분해를 방지하는 기술을 상용화하고 있으며, 고온 안정성을 높이기 위해 난연성 첨가제와 용매 기술을 강화하고 있습니다. 또한 냉간 시동 성능을 위해 저온 점도를 낮추는 저 비점 용매가 적용되고 있으며, SEI(고체전해질계면) 안정화를 위한 리튬염 개발도 병행되고 있습니다. 전해질의 개선은 단순히 에너지 전달 경로가 아닌, 배터리 수명과 화재 안전성을 동시에 높이는 중요한 열쇠입니다.
@ 전해질고도화는 배터리 내부의 화학반응을 최적화하는 '보이지 않는 핵심 기술'입니다.
4. 분리막개선전략과 안전성 확보
모든 사고는 막 한 장에서 시작된다
분리막은 양극과 음극이 직접 접촉하지 않도록 물리적으로 차단하는 역할을 하며, 동시에 리튬 이온이 통과할 수 있는 경로를 제공합니다. 분리막이 손상되면 단락과 열폭주로 이어질 수 있어, 분리막개선전략은 배터리의 구조적 안전성과 직결된 기술입니다. 주요 개선 방향은 내열성 강화, 균일한 두께 유지, 미세구멍(공극) 제어, 기계적 강도 향상 등입니다.
SK아이이테크놀로지(SK IET)는 세라믹 코팅 분리막(CCS) 기술을 통해 200℃ 이상의 내열성을 확보하고 있으며, 고속 충전 시에도 분리막 수축을 방지하는 구조를 확보하고 있습니다. 또한 3겹 구조, 멀티레이어 구조를 통해 열적 안정성과 기계적 강도를 동시에 강화하고 있으며, 이 기술은 LG, 삼성, CATL 등 글로벌 업체로 확대 공급되고 있습니다. 향후에는 인공지능 기반 공극 분석, 자가복원형 소재, 전고체 대응형 세라믹 분리막도 주목받고 있습니다.