일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.10.16

도요타자동차 사장이 말하는 전고체 전지의 가치
테슬라와 BYD에 대한 역전 결승타가 될 수 있을 것인가?

‘전기자동차(EV)에서 뒤처져 있다’는 오명을 벗기 위해 도요타자동차가 다시 한번 움직였다. 10월 12일, EV용 전고체 전지의 양산화를 위해 이데미츠코산(出光興産)과의 협업을 발표한 것이다. 양 사는 고체 전해질의 양산 기술 개발과 생산성 향상, 공급망 구축을 위해 협업. 이를 통해 2027년에서 2028년 안에 전고체 전지를 탑재한 EV의 시장 투입을 확실히 실현해나갈 방침이다.

전고체 전지에 대한 세간의 주목도는 높다. 현행의 액체계 리튬이온2차전지(이하 액체계 전지)보다 항속거리가 증가할 뿐만 아니라, 충전 시간도 짧아질 가능성이 있기 때문이다. 이러한 전고체전지가 EV의 세계 시장 점유율에서 뒤처져 있는 도요타자동차에게 ‘구세주’가 될 것이라는 견해도 나오고 있다.

그래서 기자는 발표 기자회견에 임한 도요타자동차의 사토(佐藤) 사장에게 직설적으로 질문을 던져보았다. “전고체 전지의 실용화에 성공하게 되면 테슬라와 중국의 BYD의 EV를 역전할 수 있는 결승타가 될 수 있는 것입니까?” 그러자 사토 사장은 이렇게 대답했다.

“전고체 전지의 수요는 다양한 상품력을 구축해 가는데 있어 매우 중요한 요소라고 생각한다. 하지만 고객이 원하는 자동차의 매력이 종합적으로 어떤 것인지가 최종적인 상품력을 결정하는 데 중요한 요소라고 생각한다. 배터리만으로 그것이 결정되는 것은 아니다. 항속거리나 충전 성능뿐만 아니라, EV로서 제공하는 부가가치를 어떻게 만들어 나갈 것인가가 중요하다”.

“예를 들면, 소프트웨어 정의 차량(Software Defined Vehicle: SDV)으로서의 부가가치를 한층 더 확대해나가는 것, 에너지 관리까지 포함해 자동차의 모빌리티로서 다양하게 활약해나가는 것을 추구하는 것 등, 종합적으로 상품력을 높여 가는 것이 중요하다고 생각하고 있다”.

-- 전고체전지로 어떤 EV를 만들 수 있을까? --
지극히 냉정한 답변이었다. 전고체 전지의 잠재적 성능의 수준을 감안하면 지나치게 절제된 답변이라는 느낌도 들었다. 이때, 전고체 전지를 ‘게임 체인저’로 보는 모터 저널리스트는 사토 사장에게 “전고체 전지를 활용하면 어떤 매력적인 자동차가 만들어지는가?”라는 질문을 던져졌다.

“지금까지 우리는 ‘자동차 회사가 만드는 EV’를 고수하며 여러 가지 대응을 추진해왔다. 여기에 전고체전지라는 요소가 들어가면 자동차에 몇 가지 큰 패러다임 체인지가 일어날 것으로 생각한다.

그 중 하나는 에너지밀도를 액체계 전지보다 높게 설정할 수 있기 때문에 EV로서의 기본적인 기능을 향상시킬 수 있다는 것이다. 그래서 예를 들어, 공기역학에 철저하게 의존하는 자동차 개발에서 조금 자유로워져 매력적인 디자인을 만들거나, 캐빈의 패키지에 유리한 공간을 설계하는 것이 용이해진다”.

“고객의 기대에 부응하는 매력 있는 자동차를 만드는 데 있어서 핵심은 역시, 디자인과 주행, 그리고 높은 성능이라고 생각한다. 이러한 자유도를 높여나는 것이 자동차 회사로서 차량 제조를 고수할 때의 이점이 된다.

“에너지밀도가 향상되면 체적 효율이 올라가기 때문에 패키지의 자유도가 보다 더 높아진다. 중심이 낮고, 동시에 넓은 캐빈 공간이 확보되는 등, 프리한 방식의 레이아웃 EV가 된다. 따라서 전고체 전지를 사용하는 자동차는 향후 늘어날 것이다.”

“충∙방전 특성이 높아지기 때문에 전기 에너지의 교환 속도가 올라간다. 그렇다는 것은 충전 시간이 긴 상용차의 용도에 대해서도 사용할 수 있는 가능성이 있다. 즉, EV를 사용할 수 있는 영역이 넓어지는 것이다. 승용차뿐만 아니라 상용차를 포함해 폭넓은 영역에서 모빌리티의 변화를 만들어낼 수 있다”

사토 사장은 전고체 전지가 '큰 전환점'이 될 것이라고 인정하면서도, 그것이 EV의 경쟁력 전부를 지배하는 것은 아니라는 견해를 굽히지 않았다.

“배터리만으로 자동차의 가치가 결정되는 것은 아니다. 최종적으로는 전고체 전지의 강점을 살려, 자동차로서의 매력을 높여나가는 노력을 계속할 필요가 있다. 어떤 의미에서 큰 전환점으로 이어지는 기술을 파악해 그 장점을 살리는 자동차 개발을 추진하겠다”

그렇다면 도요타자동차는 전고체 전지를 앞으로 얼마나 사용할 계획인지, 몇 년에 어느 정도 비율로 사용하는지 등을 사토 사장에게 물어봤다.

-- 향후 어디까지 보급될 것인가? --
이 물음에 대해서는 정확한 답변을 얻지 못했다. 우선은 우위성을 확보해 전고체전지의 시장 도입에 도전하는 단계이며, 향후 어디까지 보급해나갈지에 대해서는 아직 불투명한 것으로 보인다.

사토 사장은 “우선, 우리는 연구실 베이스, 즉, 실증 베이스의 연구 개발을 통해 일정한 전망이 섰다고 생각한다. 양산화의 벽을 뛰어넘는 도전은 이제부터 해나갈 것이다. 양산용 실증 플랜트 가운데 양적인 생산 안정성과 관련된 부분에 대한 연구를 더욱 가속화하면서 진행해나갈 것이다”라고 언급했다.

“2027년부터 2028년 중반 정도까지 어떻게든 세상에 내놓을 수 있도록 개발 페이스를 높여나가고 싶다. 배터리 생산 기술은 채산성 기준의 양적 규모를 실현하기 전의 스텝이 매우 중요하다. 첫 스텝은 세상에 선보이는 것. 그 다음에 양산화를 목표로 하겠다. 즉, 규모를 확대해나가기 위한 세컨드 스텝에 들어가겠다”.

“아마 시작 단계에서는 그렇게 공급량이 많지 않겠지만, 우선 구체적으로 세상에 내놓는 것이 지금은 가장 중요하다고 생각한다. 그 다음 양을 추구해나가겠다.”

-- 브레이크스루(돌파구)란 무엇인가? --
평소 발언에 신중한 도요타자동차가 이번에 실용화 시기 목표를 분명히 밝히고 있다는 점에서 도요타자동차가 전고체 전지의 시장 투입에 상당히 자신감을 가지고 있는 것으로 보인다. 그 배경에는 기술적인 브레이크스루가 있다. 그것은 도대체 어떤 것일까? 도요타자동차 CN선행개발센터의 가이타(海田) 센터장은 이렇게 말했다.

“전고체 전지는 전해질이 고체이기 때문에 균열이 발생되기 쉽다는 과제가 있다. 균열이 생기면 이온의 통행이 완전히 단절되어 버린다. 이를 막으려면 양극이나 세퍼레이터, 음극, 각 활물질 사이에 균열이 생기지 않도록 할 필요가 있다. 같은 균열이라도 성질이나 원인이 다르다.

균열 방지 요소는 3가지 있다. 빈틈없이 붙이는 것, 고체 전해질을 밀착성이 높은 것으로 하는 것, 팽창이나 수축에 대해 대응할 수 있도록 하는 것 등 3가지를 실현하는 기술이 브레이크스루가 될 것이다”

“현재, 이러한 기술의 기본적인 목표가 어느 정도 정해진 상태에 있다. 2027년에서 2028년 사이에 실용화에 도전. 이후 양산화를 추진해나가겠다”

“2027년부터 2028년(실용화로의 도전 단계)까지 여러 가지 새로운 기술을 개발해 어느 정도 스케일업을 해나갈 필요가 있다. 이데미츠코산과 협업하고 있는 것도 이를 위한 대응 중 하나이다. 공급망을 튼튼하게 구축해 나가야 한다”.

이어서 사토 사장은 아래와 같이 덧붙였다.

“전고체 전지의 브레이크스루 중에서도 특히 내구성이 중요하다고 생각한다. 이데미츠코산의 고체 전해질은 부드러운 조성(組成)으로 생성될 수 있다. 이것이 굉장히 중요한 포인트이다. 지금까지 여러 가지 형태로 변형 억제 방법이 논의되어 왔지만, 유연성이 높은 고체 전해질은 변형 억제 방법이 달라진다. 배터리팩까지 시야에 넣으면 틀림없이 그 형태가 달라진다. 이것이 브레이크스루 기술이라고 생각한다”.

“이것은 재료(입구)부터 배터리 제품(출구)까지를 양 사가 일괄적으로 추진하기 때문에 가능한 브레이크스루 기술이라고 생각한다. 이번 협업의 시너지 효과는 입구에서 출구까지를 얼마나 속도감 있게 실현하느냐에 달려 있다.”

“이번 협업은 일본의 국제 경쟁력을 높이는 중요한 체계가 될 것이다. 협업의 속도를 높여 빠르게 개선을 지속해나갈 것이다. 재료부터 일괄적으로 추진한다는 것은 개선을 위해 원점까지 되돌아갈 수 있다는 이점도 있다.

뭔가 오류가 생겼을 때 그 원인으로 거슬러 올라가 원점에서 개선하는 계획을 짤 수 있는 것이다. 재작업이 없는 개발이라는 것. 재작업이 없으면 스피드업으로 이어진다. 이러한 협업을 양 사는 추진해나갈 것이다”.

-- 코스트는 어느 정도까지 내려갈 것인가? --
액체계 전지와 비교해 높은 성능을 자랑하는 전고체전지지만, 실용화 및 양산화로 가는 데 가장 큰 장벽은 역시 높은 코스트이다. 기자회견에서는 어느 정도까지 코스트를 낮출 수 있는지, 그 전망을 묻는 질문이 나왔다.

이에 대해 사토 사장은 “코스트는 생산량과 상관관계에 있다. 보급을 목표로 하려면 그에 상응하는 규모를 생산해야 한다. 이를 위한 첫 단계로 현재 우리가 목표로 하는 것은 세상에 선보인다는 점에 중점을 둔 개발을 하는 것이다. 그러한 가운데에서 양이 증가해나갈 때의 생산에 관한 키포인트를 구현하면서 2030년 이후의 양산 및 사업화에 대응해나갈 것이다.”라고 답했다.

“원리·원칙을 고려하면, 액체계 전지의 구조체 및 요소와 그다지 크게 다르지 않다. 따라서, 양산이나 보급 단계에서는 액체계 전지와 동등한 시선을 가지고 개발을 추진해나가야 한다고 생각하고 있다. 최종적인 상품(EV)으로 제공하는 데 있어서는 액체계 전지와 같은 레벨의 차량 가격을 목표로 해야 한다고 생각한다”.

이러한 사토 사장의 답변에 가이타 센터장은 이렇게 덧붙였다.

“전고체 전지의 양산을 목표로 한다고 해서, 액체계 전지의 가능성이 사라지는 것은 아니다. 오히려 두 전지 모두 코스트 절감을 둘러싼 개발 경쟁이 벌어질 것으로 전망하고 있다”.

“현실적으로 액체계 전지도 가격이 비싸다. 따라서 지금은 전고체전지의 실용화에 도전하고 있지만, 전고체전지가 세상에 나온 후에도 액체계 전지의 생산 프로세스와 코스트를 계속 개선해야 할 것이다. 코스트라는 관점에서는 계속 진화하는 액체계 전지와 전고체 전지와의 경쟁이라고 생각한다”.

“전고체전지는 왜 비쌀까? 그 배경에는 전고체 전지에서는 다양한 새로운 재료를 만들 필요가 있으며, 새로운 재료의 플랜트는 스케일업을 하지 않으면 안 된다. 하지만 수요가 없는데 스케일업을 하게 되면 결국 의미 없는 투자가 되어버리는 상황이 있다. 이 문제를 돌파하기 위해 도요타자동차가 이데미츠코산의 재료 영역에 뛰어들어 함께 개발하자고 제안했다”

“전고체 전지의 가격이 비싼 요소는 기본적으로 액체 전지와 다르다. 전고체 전지와 액체계 전지 모두 코스트 절감을 목표로 하고 있으며, 적절한 전지를 적절한 곳에 투입해나갈 방침이다”

-- 이데미츠코산의 강점은? --
도요타자동차가 이데미츠코산과 손잡은 것은 이데미츠코산의 재료에 관한 높은 기술력을 평가했기 때문이다. 그럼 구체적으로는 무엇을 평가했을까? 사토 사장은 이렇게 답했다.

“자동차 제조사의 입장에서 보면 이데미츠코산의 고체 전해질의 강점은 내수성, 이온 전도성, 부드러움 등, 3가지를 실현할 수 있는 구조로 되어 있다는 점에 있다. 재료의 조성이 무엇이고, 무엇을 얼마나 배합해야 고체 전해질로서 유효한 재료인지, 이러한 재료 성분 부분에 기술력이 있다.

“(뿐만 아니라,) 균일하게 입자를 정렬할 수 있고, 밀착성이 높고, 형상 변화에 대응하기 쉬운 부드러운 형태로 만드는 것. 또한 물에 강한 구조를 실현하는 것은 단지 재료의 조성만으로는 결정되지 않는 고체 전해질의 경쟁력의 원천이 되고 있다. 이데미츠코산은 바로 이 세 가지 요소에 관한 레시피를 가지고 있으며 여기에 강점이 있다”.

이어서 가이타 센터장은 “단순히 성능이 좋은 재료를 만들 수 있을 뿐만 아니라, 도요타자동차가 높은 성능의 전지를 쉽게 만들 수 있는 방법을 이데미츠코산은 이해하고 있다. 이러한 지적 재산 외 다른 부분에서도 양 사는 10년간 유대 관계를 맺어왔다”

-- 다른 재료의 가능성은? --
이번에 양 사가 협업하는 것은 황화물계 고체전해질이다. 하지만, 고체 전해질에는 황화물계 외 다른 종류도 있다. 도요타자동차가 황화물계를 선택한 이유는 무엇일까? 이 질문에는 가이타 센터장이 대답했다.

“고체 전해질에는 이데미쓰코산과 협업하는 황화물계 외에도, 도쿄공업대학과 추진하고 있는 LGPS(리튬, 게르마늄, 인, 황) 타입과 결정물계, 산화물계 등 여러 가지가 있다.

그 가운데, 타깃 차량의 성능에서 역으로 계산해, 어떠한 것이 최적이고, 가장 빠르고 넓게 사용할 수 있을지를 생각한 결과, 이즈미츠코산과 추진하고 있는 황화물계의 고체 전해질을 최우선으로 검토하는 것이 좋겠다는(우위성이 있다는) 결론에 이르렀다.

“다른 재료로의 전환 가능성은 절대 없다고는 말할 수 없지만, 현시점에서는 이 재료를 레벨업 시켜, 우선 2027년에서 2028년 사이에 시장에 투입하는 도전을 확실히 실현하고 싶다”

 -- 끝 --

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