올 상반기 K-배터리 3사 R&D 비용 ‘역대 최대’
실적 부진 불구 기술 경쟁력 강화 위해 투자 확대
배터리 에너지 밀도·용량 증대 기술 개발 속도
화재에 강한 배터리 안전성 기술 확보전도 치열

(왼쪽부터) LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온 배터리 제품 이미지. <사진=각사>

K-배터리 3사의 올해 상반기 연구개발비가 1000억원 이상 늘어난 것으로 나타났다. 전방 시장의 부진과 메탈가 하락에 따른 판매 가격 하향 조정 등 부정적인 환경에도 불구하고 기술 경쟁력을 강화하기 위해 투자를 지속했기 때문이다.

20일 업계에 따르면 K-배터리 3사의 올 상반기 연구개발(R&D) 비용은 1조3617억원으로 집계됐다. 이는 지난해 같은 기간 1조2191억원 대비 11.7% 증가한 수치다.

이에 K-배터리 3사는 상반기 기준 R&D 투자 최고 기록을 경신했다.

눈여겨볼 점은 올 상반기 K-배터리 3사의 매출액이 줄어든 상황에서도 R&D 비용이 늘었다는 점이다. K-배터리 3사의 올 상반기 매출액 합산은 25조1087억원으로, 지난해 같은 기간 35조7177억원 대비 29.7% 감소했다. 업체별로 살펴보면 LG에너지솔루션 매출은 29.8% 줄었고, 삼성SDI는 14.4%, SK온 53.7% 각각 축소됐다.

이같은 실적 부진에도 R&D 투자를 지속 늘리면서 K-배터리 3사의 매출 대비 R&D 비율은 큰 폭으로 증가했다. 가장 많이 늘어난 곳은 SK온으로 2.22%p 증가했다. 뒤이어 삼성SDI가 2.0%p, LG엔솔이 1.5%p 늘었다.

K-배터리 3사는 배터리 에너지 밀도와 용량을 키울 수 있는 기술뿐만 아니라 생산 공정 최적화, 차세대 배터리 개발 등에 R&D 비용을 투입한 것으로 전해진다. 최근 잇따라 발생한 전기차 화재 사고로 주목 받고 있는 배터리 안전성 관련 기술 개발에도 박차를 가하고 있다.

LG엔솔은 기술 리더십을 강화하기 위해 파우치 배터리 최초로 셀투팩(CTP) 공정을 개발했다. CTP 공정은 ‘셀-모듈-팩’으로 이뤄진 배터리 구성에서 모듈 단계를 제거하고, 팩에 직접 배터리 셀을 조립한 기술이다. 이를 통해 무게를 줄이고 모듈 공간만큼 더 많은 셀을 탑재해 에너지 밀도를 높이거나 안전 장치를 탑재할 수 있다.

또 안전성을 높이기 위한 기술 중 하나로 ‘디렉셔널 벤팅’에 주목했다. 단위 셀 단계에서 적용되는 기술인 디렉셔널 벤팅을 통해 배터리 내부의 폭발 에너지를 외부로 배출시켜 셀의 저항을 줄이며 연쇄 발화를 막는다. 이는 올해 말 양산 예정인 46시리즈(지름 46mm인 원통형 배터리)에 적용될 예정이다.

삼성SDI는 전고체 배터리를 통해 초격차 기술과 안전성을 동시에 잡는다는 구상이다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용하기 때문에 액체인 유기 용매를 사용했을 때보다 온도 변화에 따른 배터리 팽창 및 외부 충격에 의한 발화 가능성이 낮다. 또한 화재를 예방하기 위한 별도의 냉각 장치나 BMS(배터리관리시스템) 기능을 줄여 에너지 밀도를 높일 수 있다.

또 셀부터 팩까지 단계별 전문가로 구성된 ‘열 전파 방지 협의체’를 사내에 구성해 제품군에 최적화된 솔루션을 적용하고 있다.

SK온은 급속 충전 성능 향상에 집중하고 있다. 배터리 에너지 밀도가 높을수록 충전 시 음극 저항이 높아 충전 시간이 길어진다. 이에 에너지 밀도와 급속 충전을 동시에 일정 수준 이상으로 끌어 올리기 위한 독보적인 기술이 요구된다.

이같은 문제를 인식한 SK온은 기존 SF 배터리 대비 에너지 밀도는 높이면서 급속 충전 성능을 유지한 어드밴스드(Advanced) SF 배터리를 개발했다. 이 배터리는 우수한 급속 충전 성능을 갖추면서도 기존 SF 배터리보다 에너지 밀도가 9% 늘어난 것이 특징이다. 

또 분리막을 지그재그 형태로 쌓는 ‘Z폴딩’ 기법을 통해 배터리 셀이 받는 스트레스를 줄이고, 양극과 음극의 접촉 가능성을 차단해 화재 발생 위험을 낮췄다. 분리막 사용량이 일반 공정 대비 많으나 안전성을 높일 수 있어 첨단 기술을 과감히 도입했다는 게 SK온의 설명이다.

배터리 업계 관계자는 “차별화된 기술력을 선점하는 것이 경쟁력이 되고 있다”며 “기술 개발을 위한 K-배터리의 투자는 한동안 지속될 것이다”고 말했다.

[CEO스코어데일리 / 박대한 기자 / dayhan@ceoscore.co.kr]