“명운 걸렸다” 꿈의 배터리 ‘패권 경쟁’…고체전지·소듐이온 ‘기술 현주소’

소듐이온, 가격과 공급망 안정성 앞세워 부상…ESS·보급형 EV 겨냥
고체전지, 안전성·에너지 밀도 강점…2020년대 후반 상용화 목표

인터배터리 2025에 전시된 LG에너지솔루션 46시리즈 제품. /LG에너지솔루션

전기차 수요 둔화와 원가 상승 압박이 겹치면서, 글로벌 배터리 산업은 '차세대 기술 확보'에 사활을 걸고 있다. 이런 흐름 속에서 국내 배터리 3사(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온)도 고체전지와 소듐(나트륨)이온 배터리를 차세대 핵심 기술로 설정하고 연구·개발에 속도를 내고 있다.

22일 업계에 따르면 LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온은 2020년대 후반 고체전지와 소듐이온 배터리 상용화를 목표로 셀 성능과 수명, 공정 안정성 확보에 주력하고 있다. 이 가운데 가장 가시적인 행보를 보이는 곳은 LG에너지솔루션이다. LG에너지솔루션은 소듐이온 배터리의 대량 생산을 목표로 중국 난징 공장에 파일럿 생산 라인 구축을 추진 중이며, 연내 소듐이온 배터리 샘플 생산에 착수할 계획이다.

소듐이온 배터리는 리튬 대신 나트륨을 사용한다는 점에서 원재료 조달 측면의 강점을 지닌다. 나트륨은 매장량이 풍부하고 가격 변동성이 상대적으로 낮아, 리튬 가격 급등과 공급망 불확실성에 대한 대안으로 꾸준히 거론돼 왔다. 에너지 밀도는 리튬이온 배터리에 비해 낮지만, 가격 경쟁력이 중요한 ESS(에너지저장장치)나 일부 보급형 전기차 시장에서는 충분한 경쟁력을 갖출 수 있다는 평가가 나온다.

LG에너지솔루션이 소듐이온 배터리에 주목하는 또 다른 이유는 활용도 측면의 장점 때문이다. 고에너지 밀도 구현에는 아직 기술적 진보가 필요하지만, 저온 환경에서도 성능 저하가 상대적으로 적고 고온 안정성이 뛰어나다는 점이 강점으로 꼽힌다. 전기차는 겨울철 저온 환경에서 주행거리 감소와 에너지 소모 증가 문제가 반복적으로 지적돼 왔다는 점에서, 향후 특정 용도의 전기차 시장에서는 소듐이온 배터리의 경쟁력이 부각될 가능성이 있다.

삼성SDI 역시 소듐이온 배터리 개발을 진행 중이다. 다만 LG에너지솔루션처럼 시제품 생산 시점이나 구체적인 로드맵은 아직 공개되지 않았다. SK온은 전고체 배터리를 중심으로 차세대 기술 개발에 역량을 집중하고 있으며, 소듐이온 배터리는 현재 연구 단계에 머물러 있는 것으로 알려졌다.

고체전지는 차세대 배터리 기술의 또 다른 핵심 축이다. 액체 전해질을 고체로 대체해 화재 위험을 줄이고 에너지 밀도를 높일 수 있다는 점에서 전기차용 '게임체인저'로 평가받는다. 다만 제조 공정 난이도와 높은 비용 부담으로 단기간 내 대량 양산은 쉽지 않은 상황이다. 그럼에도 LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온은 고체전지 개발에 착수했으며, 빠르면 2020년대 후반 제한적 상용화가 이뤄질 것으로 전망된다.

이처럼 소듐이온 배터리와 고체전지는 경쟁 관계이면서도 상호 보완적인 기술로 평가된다. 소듐이온 배터리가 '가격 경쟁력과 공급망 안정성'을 무기로 ESS와 중저가 전기차 시장을 겨냥한다면, 고체전지는 '고성능·고안전성'을 앞세워 프리미엄 전기차 시장을 목표로 한다는 구도다.

한편 중국 업체들은 소듐이온 배터리 개발에서 한발 앞서 있다. 중국 최대 배터리 업체 CATL은 소듐이온 배터리를 공개적으로 소개하며 ESS와 일부 전기차 적용 가능성을 제시해 왔다. CATL은 지난해 5분 충전으로 520㎞ 주행이 가능한 2세대 소듐이온 배터리 '낙스트라(Naxtra)'의 양산 계획을 밝히기도 했다. 또 다른 중국 업체 중커하이는 2023년 소듐이온 배터리를 탑재한 전기차 시제품을 선보였다.

전문가들은 국내 배터리 기업들이 기술 완성도 측면에서는 뒤처지지 않지만, 중국 대비 실증 속도와 비용 경쟁력에서는 부담을 안고 있다고 지적한다. 업계 관계자는 "국내 업체들은 글로벌 스탠다드에 부합하는 안정성과 품질을 중시하는 반면, 중국은 빠른 시장 적용을 통해 학습 효과를 축적하고 있다"며 "차세대 배터리 분야에서도 이러한 전략 차이가 그대로 드러날 가능성이 크다"고 말했다.