고밀도 이차전지 개발 프로젝트 발족과 함께 전기차-이차전지 융합 얼라이언스 구축

현재 세계 각국은 전기차와 이차전지 산업간 융합을 통해 자국의 경쟁력을 강화하기 위해 새로운 방안을 찾는 등 치열한 경쟁 레이스를 펼치고 있는 상황에서, 정부와 관련 업계가 전기차용 이차전지시장에서 주도권 확보에 나섰다. 

산업통상자원부는 최근 정만기 산업부 제1차관이 참석한 가운데 그랜드 인터컨티넬탈호텔 파르나스홀에서 ‘고밀도 이차전지 개발 프로젝트’ 발족식을 개최하고, 전기차, 이차전지기업, 소재기업, 관련 연구기관이 참여하는 ‘전기차-이차전지 융합 얼라이언스’를 구성했다.

이차전지 시장은 IT기기용의 소형전지에서 전기차 및 에너지저장장치(ESS)용 중대형 이차전지로 중심이 이동하고 있으며, 특히, 전기차용 중대형 전지시장이 2020년까지 연평균 약 30%이상 고속 성장할 것으로 전망되는 등 유망산업으로 부각되고 있는 상황이다. 

산업부와 업계가 함께 전기차와 이차전지 산업의 글로벌 주도권을 확보하고 관련 기업간 협력을 극대화하기 위해 ‘고밀도 이차전지 개발 프로젝트’ 및 ‘전기차-이차전지 융합 얼라이언스’를 추진하게 됐다.

2020년까지 민관 430억 원 투자...주행거리 대폭 향상 목표

고밀도 이차전지 개발 프로젝트는 2020년에 전기차 1회 충전만으로 서울에서 부산까지(400㎞) 주행이 가능한 고밀도 전지 개발을 목표로 하고 있다(그림 1). 정부는 현재 리튬이온전지(LIB)의 기술혁신을 통해 2020년까지 에너지 밀도를 2배 이상 높이고, 전기차 주행거리를 400km로 달성하며 중대형 이차전지 시장 선점을 위해 힘을 쏟고 있다.

▲ 그림 1. 고밀도 이차전지 개발과 전기차 주행거리 (자료: 산업통상자원부)

산업부와 민간이 올해부터 2020년까지 총 430억원(산업부 270억원, 민간 160억원)을 투자하여 전지 에너지밀도를 현재보다 2배 이상 향상(2015년 150Wh/㎏ → 2020년 300Wh/㎏)시킬 계획이다(표 1).

▲ 표 1. 고밀도 전지개발 프로젝트 추진체계 (자료: 산업통상자원부) 

올해 신규 R&D사업인 중대형 이차전지 사용화 기술개발 사업에 들어가는 정부 예산은 올해 40억원, 2017년 56억원 등 총 소요액으로 270억원이 발생된다.

세부 개발 내용들을 구체적으로 들여다보면, 전지의 핵심 구성요소인 양극, 음극, 전해액, 분리막 등 4대소재 혁신을 위한 기술개발 등을 본격 추진한다(표 2). 

▲ 표 2. 4대 소재 기술개발 주요내용 (자료: 산업통상자원부) 

양극 소재의 경우 기존 50%~60% 수준인 니켈함량을 80% 이상으로 높이는 등 고전압용 소재를 개발함으로써 에너지양을 증가시킬 계획이다. 양극재 구성물질인 니켈, 코발트, 망간의 조성비 중 니켈의 함량이 높을수록 에너지밀도도가 향상되기 때문이다.

음극소재는 기존 흑연계만의 소재에서 실리콘-탄소소재 복합 음극활물질을 개발해 단위 부피(㏄)당 리튬이온을 저장할 수 있는 공간을 확대시킬 계획이다.

전해액은 양·음극 고용량 소재 사이에서 리튬이온의 흐름을 담당하는 역할을 하며, 에너지밀도 향상을 위한 충전전압을 높이기 위해 고전압용 양극소재와 함께 고전압(5.0볼트) 환경에서도 전기화학적으로 안정된 전해액 및 전해액 첨가제를 개발한다. 

분리막은 전지의 부피와 무게를 감소시키기 위해서 분리막의 두께를 기존 20㎛에서 18㎛로 얇게 하는 동시에, 충·방전시 전지의 열팽창을 방지하기 위한 다층 구조의 분리막 코팅기술을 개발한다. 또한, 이러한 4대 소재 혁신기술을 결합한 전지 시스템을 개발하며, 이 고밀도 전지를 전기차 환경에서 성능을 검증해 최종적으로 제품화할 계획이다. 4대 소재외에도 차체 경량화, 전동기 고성능화, 냉난방기기 고효율화 등 전기차 성능 향상을 위한 기술도 별도로 차질없이 추진하기로 했다. 

전기차-이차전지 융합얼라이언스 구성

이날 구성된 ‘전기차-이차전지 융합 얼라이언스’는 관련 기업간 협업의 플랫폼으로 전기차 및 이차전지, 4대 소재기업, 연구소 등 전지관련 기업 및 기관이 폭넓게 참여했다.

융합 얼라이언스는 전기차-이차전지산업 간 기술 융합에 필요한 시장분석 및 로드맵 수립과 참여자간 협력 및 네트워크 운영을 상시화하고, 전기차-전지-소재부품 기업의 개발제품 적용 및 사업화 추진, 전기차-이차전지에 관한 표준화 활동 및 홍보, 정책과제 및 제도개선 발굴 등을 통해 전기차-이차전지 산업발전을 위한 활동을 전개할 계획이다.

고밀도 전지 개발 프로젝트는 우리나라가 세계 전기차 및 이차전지시장의 주도권 확보 경쟁에서 유리한 고지에 오를 수 있는 기폭제가 될 수 있다.

산업부는 이 프로젝트를 성공적으로 추진으로 2020년 전기차 400km 주행 시대는 물론 전기차용 이차전지 수출 확대 등 전기차와 이차전지 산업의 성장을 촉진해 나가겠다고 밝혔다.

이 프로젝트의 성공적 추진과 조기 사업화를 위해 한국전지연구조합에 사업단을 설치해 운영하고, LG화학, 탑전지 등 전지기업, 포스코켐텍, 더블유스코프코리아 등 4대 소재기업, 전지 수요기업, 대학·연구소 등 총 27개 기관, 230명의 연구진이 참여한다. 

김연주 기자(eltred@hellot.net)