일본산업뉴스요약

닛산, 전고체 배터리에 드라이 전극 도입
2028년도 양산은 ‘수백 대 이하’부터

닛산자동차가 전고체 배터리 제조 공정에 드라이 전극 기술을 채택한다. 에너지 소비가 큰 건조 공정을 생략해 제조 비용을 낮출 수 있다. 현재는 배터리 셀을 시제품으로 제작해 성능을 평가하고 있는 단계다. 계획대로 2028년도부터 양산을 시작한다. 드라이 전극 개발에서는 미국 테슬라가 앞서가고 있지만, 이를 전고체 배터리에 적용하는 시도는 흔치 않다.

닛산은 전고체 배터리의 고체 전해질로 황화물계, 음극에 리튬(Li) 금속, 양극에는 니켈(Ni), 망간(Mn), 코발트(Co)의 3원계(NMC)를 채택하겠다는 방침을 이미 밝힌 바 있다. 최근에 새롭게 도입한 것이 바로 드라이 전극 기술이다. 닛산은 2025년 8월 미국 LiCAP Technologies와 제휴를 맺고 드라이 전극 기술을 도입했다.

-- 유기 용매의 건조와 회수가 불필요 --
양극재 소재를 가루 상태로 균일하게 섞은 후, 건조된 상태 그대로 전극 호일에 코팅하는 ‘드라이 코팅’ 방식으로 양극을 제조한다. 가루 형태라 가라앉는 재료 성분이 없어, 잠시 방치해도 균일성을 유지할 수 있다. 유기 용매를 말리거나 회수할 필요가 없어지므로 제조 비용을 절감할 가능성이 있다.

기존의 일반적인 배터리 제조 방식에서는 양극재를 유기 용매에 녹여 슬러리 상태로 만든 뒤, 이를 호일에 코팅하고 건조해 전극을 만든다. 이 건조 공정은 에너지 소비량이 크고, 재료 간의 비중 차이 때문에 특정 성분이 가라앉아 균일한 슬러리를 제조하기가 어려웠다고 한다.

드라이 전극 개발은 테슬라가 선두를 달리고 있으며, 액체 전해질 기반 리튬이온 배터리 제조에서 이미 실용화에 성공했다고 발표한 바 있다. 이들은 4680셀의 양극과 음극 모두에 드라이 전극을 채택하여 텍사스주 오스틴 공장에서 생산 중이라고 한다. 독일 폭스바겐(VW) 역시 관련 개발을 진행하고 있다. 닛산은 차세대 배터리인 전고체 배터리에 이 드라이 전극을 적용함으로써 테슬라 등과 차별화를 꾀한다.

-- 기존 배터리를 훨씬 뛰어넘는 수명 --
닛산이 시제품으로 제작한 전고체 배터리 셀은 차량에 탑재할 수 있는 크기와 두께를 갖춘 23층 적층 타입이다. 시제품 단계에서는 설계대로 충·방전 성능을 확보했으며, 내구성을 나타내는 용량 유지 성능에 있어서는 “기존 액체형 리튬이온 배터리의 범위를 훨씬 뛰어넘는 수명을 확인했다”(닛산 파워트레인·EV기술개발본부의 이나미시마 슌이치 본부장).

차량용 셀의 시제품 제작을 마치고 평가 단계에 진입함과 동시에, 닛산은 셀을 묶은 배터리 모듈 설계에도 착수했다. 차량용 모듈의 시제품 제작이 완료되면 차량에 장착할 배터리 팩 개발 단계로 이행한다. 2028년도에는 수백 대 이하로 제한하여 출시한 뒤, 다양한 데이터를 확보할 계획이라고 한다.

본격적인 보급을 위한 최대 과제는 고체 전해질을 비롯한 소재 비용이 비싸다는 점이다. 현재의 시제품을 기반으로 배터리 팩을 제작할 경우, EV 1대당 배터리 가격만 1억 엔을 넘는다는 지적이 나온다.

현재는 소량 생산되는 고체 전해질을 소재 업체로부터 공급받고 있어 재료비가 치솟아 있는 상태다. 대량 생산 체제가 갖춰지면 가격은 떨어지겠지만, 소재 업체들은 확실한 수요가 보장되지 않아 설비 투자에 선뜻 나서지 못하고 있다. 가까운 미래에 실제로 전고체 배터리가 보급될 수 있을지, 자동차 업계도 배터리 업계도 소재 업계 모두 판단하지 못하고 있다.

다만 닛산은 전고체 배터리의 잠재적인 비용 경쟁력이 높다고 판단하고 있다. 앞으로 수십 GWh 규모로 생산할 수 있게 된다면, 현재의 액체형 리튬이온 배터리 제조 비용보다 수십 퍼센트 이상 낮출 수 있는 포텐셜이 있다고 보고 있다. 전고체 배터리를 보급하기 위해서는 기업의 울타리를 넘어선 협력을 통해 생산량을 확보하고, 소재 업체에 설비 투자를 촉진하는 등 “다 함께 뭉쳐서 볼륨(생산 규모)을 키우는 모종의 연대 체계가 필요할 것이다”(이나미시마 본부장).

-- 리튬 금속으로 에너지 밀도 향상 --
전고체 배터리는 양극과 음극 사이에서 리튬이온을 이동시키는 역할을 하는 전해액을 고체로 대체한 것이다. 기존 전해액은 가연성이 있어 화재 위험이 있는 반면, 고체 전해질은 쉽게 타지 않아 배터리의 안전성을 높일 수 있다. 그동안 고체 전해질은 리튬이온의 이동 저항이 크다는 문제가 있었으나, 이온 전도도가 높은 고체 전해질 연구가 진전되면서 EV용 대형 배터리의 본격적인 양산 시점이 다가오고 있다.

안전성 향상과 더불어 EV의 항속거리에 영향을 미치는 에너지 밀도를 쉽게 끌어올릴 수 있다는 점도 자동차 제조사들이 전고체 배터리에 열을 올리는 이유 중 하나다. 전해액을 사용할 때는 적용하기 어려웠던 새로운 전극 재료를 쉽게 채택할 수 있게 된다. 그 대표적인 신소재 후보가 리튬 금속이며, 닛산도 이를 채택하겠다고 명시했다. 리튬 금속을 음극에 사용하면 현재의 흑연 음극을 사용할 때보다 배터리 무게가 가벼워져, 에너지 밀도를 기존 대비 2배 가까이 끌어올릴 수 있다고 한다.

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