전고체 배터리 소재·장비 관련주 정리

최근 개최된 '인터배터리 2023'을 통해 배터리 업계의 많은 관심을 받고 있는 전고체 배터리 관련주들에 대해 알아보겠습니다. 

 

'K배터리 3社 격돌'에 뜨거운 관심…전고체·LFP 기술 쏟아져

 

전고체 배터리

전고체 배터리는 액체 상태의 전해질이 들어가는 기존 리튬이온전지와 달리 고체 전해질을 사용합니다. 단점보다 장점이 많기 때문에 현재 차세대 배터리로 불리며 업계의 상용화 개발이 활발히 진행되고 있습니다.

 

■ 장점

- 내구성, 내열성이 뛰어나 폭발 위험성이 낮아 안정성이 획기적으로 늘어남

- 초박막 구현이 가능하고 양극과 음극의 적층 구조를 형성할 수 있어 밀도와 전압이 향상된다 -> 주행거리 향상(리튬이온전지 대비 약 2배) 및 충전시간 단축(5분에 약 80% 용량 충전)

- 부피를 줄일 수 있고 경량화가 가능함

 

■ 단점

- 액체 전해질 대비 이온전도성이 떨어져 출력이 낮음

- 짧은 배터리 수명

 

주요 글로벌 전고체 배터리 개발 업체

▷ 미국 - 솔리드파워, 퀀텀스케이프, 솔리드에너지시스템

▷ 한국 - LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온

▷ 일본 - 도요타

▷ 대만 - 프롤로지움

 

국내 배터리 3사 개발 현황(계획)

▷ LG에너지솔루션

- 2026년 고분자계 전고체 배터리 상용화

- 2030년 황화물계 전고체 배터리 상용화

▷ 삼성SDI

- 2023년 수원사업장 전고체 배터리 파일럿 라인 구축 완료

- 2027년 황화물계 전고체 배터리 상용화

▷ SK온

- 미국 솔리드파워에 3000만 달러 투자

- 2029년 전고체 배터리 상용화

- 차세대 배터리 연구센터 -> 고체 전해질, 리튬메탈 음극재 개발 진행

 

전고체 배터리 관련주

- 소재 & 장비 -> 씨아이에스, 하나기술

- 장비 -> 티에스아이, 아바코, 디에이테크놀로지, 미래컴퍼니, 나래나노텍

- 소재 -> 레이크머티리얼즈, 한농화성, 레몬, 미코, 엘티씨, 이수화학, 동화기업, 덕산테코피아, 대주전자재료, 일진머티리얼즈, 석경에이티

- 건식 전극 공정 기술 -> 이엔플러스, 지아이텍

 

■ 소재 & 장비 기업

▷ 씨아이에스

- 자회사 씨아이솔리드를 통해 고체 전해질 및 생산 설비(건식 전극 및 CELL 제조 설비)를 개발하고 있음

- 2020년 KETI(한국전자기술연구원)이 개발한 '고이온전도 고체 전해질'의 상용화를 위한 기술이전 협약을 체결함

▷ 하나기술

- 자체 특허 패킹 기술이 적용된 전고체 전지용 하이브리드 등압 프레스 장비와 저온소결형 황화물계 고체 전해질을 생산

 

■ 장비 기업

▷ 티에스아이

- 전고체 배터리 핵심 장비로 꼽히는 믹싱 공정 장비 생산. 동사의 믹싱 장비는 활물질, 도전재, 바인더를 한 번에 믹싱 하는 공정을 구현함. 믹싱 다음 공정인 코팅단계에 연속 공급할 수 있어, 생산비용 및 시간을 절감할 수 있는 장점이 있음

▷ 아바코

- 전고체 전지의 수명과 안전성을 동시에 향상하는 원천 기술을 보유

- 고체 전해질의 고속 증착 공정 및 장비를 개발 중

▷ 디에이테크놀로지

- 2차 전지 조립 공정 자동화 설비 전문 기업으로 전고체 배터리용 스태킹, 노칭 장비 개발을 진행하고 있음

▷ 미래컴퍼니

- 디스플레이 장비, 의료 로봇, 전고체 전지 장비 사업을 영위

- 2020년 시작된 '전고체 전지 셀 제조 장비 개발' 국책과제 참여 기업으로 선정되어 스태킹 장비, 검사 장비 등을 개발하고 있음

▷ 나래나노텍

- 디스플레이, 2차 전지 장비 제조 기업으로 전고체 배터리 생산 공정용 양·음극재 분말 코팅 장비를 개발하였으며 현재 고객사에 연구용으로 공급하고 있음

 

■ 소재 기업

▷ 레이크머티리얼즈

- 자회사 레이크테크놀로지 -> 전고체 배터리 전해질 원료인 황화리튬(Ki2S) 관련 기술 및 공정 개발을 진행 중이며 23년 하반기 양산 설비를 준공 예정

▷ 한농화성

- 한국화학연구원, LG화학과 함께 전고체 배터리 전해질을 개발 및 연구를 진행 중

- 2021년 국책과제 '리튬금속고분자전지용 전고상 고분자 전해질 소재 합성 기술과 상용화 기술 개발' 주관기업으로 참여함

▷ 레몬

- 전고체 배터리용 나노소재 전해질 지지체를 개발(기존 전고체 전지의 내구성 및 안정성을 7~8배가량 향상함)

▷ 미코

- 자회사 미코파워를 통해 고체산화물 연료전지(SOFC)를 개발 중

- ‘전고체 배터리용 고체 전해질’ 상용화를 위해 유니스트(UNIST) 팀과 신규 물질에 대한 샘플테스트, 특허출원을 완료함

▷ 엘티씨

- 고체산화물 연료전지(SOFC) 전해질 물질 개발 기술 보유

▷ 이수화학

- 전고체 배터리용 전해질 원료인 황화리튬(Li2S)을 공급

▷ 동화기업

- 2차 전지 소재 자회사 동화일렉트로라이트를 통해 전해액을 생산

- 2019년 '전고체 배터리용 전해액 연구' 국책과제 참여 업체로 선정되어 연구를 진행해오고 있음

▷ 덕산테코피아

- 2020년 전고체 배터리 연구·개발 업체 '세븐킹에너지' 인수

- 세븐킹에너지의 세라믹 산화물 기반 전고체 배터리는 전극일체형 무분리막 구조로 외관 변형이 자유롭고, 고체 전해질의 두께를 절반 이하로 줄일 수 있어 높은 에너지밀도를 구현할 수 있는 장점이 있음

▷ 대주전자재료

- 2021년 KERI(한국전기연구원)가 개발한 ‘황화물계 전고체전지용 고체전해질 공침 제조기술’의 본격 양산을 위한 기술이전 협약을 체결. 해당 기술은 황화물계 고체 전해질을 저가로 대량생산이 가능한 기술로 대주전자재료 측은 파일럿 라인을 구축 등 양산 시설 투자를 진행함

▷ 일진머티리얼즈

- 2021년 미국 전고체 배터리 개발 업체 '팩토리얼 에너지'에 106억 규모 지분 투자를 진행함

- KETI(한국전자기술연구원)과 협력하여 국책과제에 참여하였으며 황화물계 고체 전해질 개발 사업을 수행함

▷ 석경에이티

- 붕화물계 전고체 전지용 전해질 개발

- 붕화물계 ‘Boracite’ 결정구조는 기존 리튬(Li) 이온 전도체로 활용되는 황화물계 ‘Argyrodite’ 결정구조 보다 전도성, 안전성, 경제성이 뛰어난 것으로 평가되고 있음

 

■ 건식 전극 공정 기술 관련 기업

▷ 이엔플러스

- 인터배터리 2023에서 건식 공정으로 생산한 '드라이전극'을 공개함

▷ 지아이텍

- 파우치형 LTO(리튬티탄산화물) 배터리 양산 기업 '그리너지'와 건식공정장비 상용화 개발을 진행 중

 

※ 건식 전극 공정 ※

전기차 완성차 업체와 이차전지 제조사들이 주목하는 차세대 전극 제조 기술로 전고체 배터리 생산 라인에도 적용이 가능함. 2차 전지 제조 공정에서 전극의 건조 과정은 가장 큰 면적과 에너지 사용량을 차지하고 있으며 이는 이차전지 설비의 투자액을 증가시키는 요인으로 꼽히고 있음.

 

기존 전극의 제조방식은 양극재, 용매, 바인더를 혼합해 액체 상태의 슬러리를 만든 후 금속박에 도포해 건조하는 방식인데 건조 공정을 위한 건조로의 길이가 50~100m에 육박하여 공간성(생산성)과 에너지 효율성이 떨어짐.

 

반면 건식 공정은 양극재와 바인더를 건식으로 혼합 후 금속박에 코팅하는 방식으로 ‘건조’ 과정이 필요 없음. 공간의 면적과 에너지 소비를 약 1/10 수준으로 줄일 수 있음. 또한 공정상 이산화탄소 배출량도 낮기 때문에 ESG 측면에서 우수한 장점이 있음.