신에너지 자동차 산업이 빠르게 발전함에 따라 배터리 기술 혁신은 산업 업그레이드의 핵심 동력으로 자리 잡고 있다. 특히 전고체 배터리는 안전성, 에너지 밀도, 수명 측면에서 큰 장점을 지니고 있어 차세대 전력 배터리의 핵심 방향으로 주목받고 있다. 그러나 업계에서는 오랫동안 “진정한” 전고체 배터리가 무엇인지에 대한 통일된 기술적 정의가 부족했다.
2025년 5월 22일, 중국자동차공학회는 공식적으로 「전고체 배터리 판별 방법」(T/CSAE 434—2025) 을 발표했다. 이 문서는 중국 내 단체 표준으로 제정되었지만, 전 세계 전고체 배터리 국제 표준화 과정에서도 유용한 기술적 참고 자료가 될 수 있다.
문서에서 제시된 기술적 정의에 따르면, 전고체 배터리란 양극과 음극 사이에서 이온이 오직 고체 전해질을 통해서만 전달되는 배터리 시스템을 말한다. 기존의 액체 혹은 젤 전해질 리튬이온 배터리와 달리, 전고체 배터리는 가연성 액체 전해질을 제거하여 안전성을 크게 향상시킨다.
전고체 배터리(ASSB)는 전통적인 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하여 에너지 밀도와 안전성에서 혁신을 달성한다.
황화물 전해질: 실온에서 이온 전도도가 10⁻³ S/cm에 달해 액체 전해질 수준에 근접하며, 리튬 금속 음극(이론 용량: 3860 mAh/g)과 호환되어 500 Wh/kg 이상의 에너지 밀도를 달성할 수 있다.
산화물 전해질(예: LLZO): 열 안정성이 뛰어나 분해 온도가 600°C 이상으로, 열폭주 위험을 근본적으로 줄인다. 하지만 고체-고체 계면 접촉이 좋지 않아 고저항 문제가 발생한다. 기존 산화물 전해질과 전극 사이의 계면 접촉 저항은 1000 Ω·cm²에 달할 수 있으며, LiPO₃ 코팅 같은 계면 개질을 통해 이를 10 Ω·cm² 이하로 낮출 수 있다.
전기화학 임피던스 분광법(EIS): 10 mHz~1 MHz 범위의 교류 신호를 적용하여 Nyquist plot을 얻고, 여기서 벌크 저항(Rb), 계면 전하 전달 저항(Rct), 이중층 커패시턴스(Cdl)을 분석한다. 이온 전도도는 다음 공식으로 계산된다:
σ = L / (Rb × A)
여기서 L은 전해질 두께(cm), A는 전극 면적(cm²), Rb는 벌크 저항(Ω)이다. 칭화대 연구팀은 황화물 전해질이 상온 대비 50°C에서 이온 전도도가 1000배 증가함을 EIS로 증명하여 고온 에너지 저장 가능성을 제시했다.
차분 용량 곡선(dQ/dV): 용량을 전압에 대해 미분(dQ/dV = ΔQ/ΔV)하여 전기화학 반응 메커니즘을 밝힌다. 예를 들어 NCM811 양극에서 3.7 V와 4.0 V에서 나타나는 특성 피크는 Li⁺ 탈삽입 과정의 상전이에 해당한다. 50 mV 이상의 피크 이동은 용량 저하의 정량 지표가 될 수 있다. 실험 결과, 2000회 사이클 후 dQ/dV 피크 면적 감소율은 용량 유지율과 선형 상관관계(R² = 0.92)를 보였다.
고정밀 배터리 시험 장비(NEWARE 4/8 시리즈): ±0.05% f.s.의 높은 정확도로 μA~mA 범위를 측정할 수 있으며, CV, EIS, DCIR, 펄스 테스트 등 다기능을 통합해 전고체 배터리 정밀 분석을 지원한다.
표준은 “중량 손실율 < 1%” 을 전고체 배터리 판별 핵심 지표로 삼는다. 이는 액체와 고체 전해질 간 열 안정성 차이에 기반한다.
에스터계 액체 전해질(EC/DMC 등): 끓는점이 150°C 이하로, 120°C 진공에서 6시간 내 완전히 증발한다.
고체 전해질(LLZO 등): 동일 조건에서 질량 손실률이 0.1% 미만이다.
실험 결과, 액체 함량이 1%를 초과하면 계면 임피던스가 30% 이상 증가하고, 사이클 수명이 500회 이하로 떨어지는 것이 확인되었다.
(1) 사전 컨디셔닝: 25°C ± 2°C, 상대 습도 ≤ 0.035% 조건에서 0.1C로 충방전을 수행하며, 연속 두 사이클 간 용량 변화가 3% 이내일 때까지 반복한다.
(2) 개봉 설계: 각형 셀은 방폭 밸브(최장 변의 ≥10%)에서 개봉하고, 파우치 셀은 측면 실링부에서 개봉한다. 노출 시간은 5분을 초과해서는 안 된다.
(3) 진공 건조: -0.095~-0.1 MPa 진공 상태에서 120 ± 5°C로 6시간 가열한다. 액체 함량은 다음 식으로 계산한다:
η = (m₀ - m₁)/m₀ × 100%
여기서 m₀는 초기 질량, m₁은 건조 후 질량이다.
NEWARE는 전고체 배터리용 테스트 솔루션을 제공한다. 그들의 충·방전 시험 장비는 고정밀 전류 및 전압 제어 기능을 갖추고 있어 충·방전 과정을 정밀하게 조절하고 배터리 성능을 최적화할 수 있다. 또한 온도 챔버(온도 제어 시스템) 및 배터리 성능 시험 소프트웨어 BTS9.0과 연동하여 시험 환경의 온도를 제어하고, 온도 변동이 계면 안정성에 미치는 영향을 줄일 수 있다
전고체 배터리 몰드
NEWARE 전고체 배터리 몰드는 전고체 배터리 시험을 위해 설계되었다. 구조가 단순하고 조작이 용이하며, 글러브 박스 내에서 사용할 수 있다. 높은 기계적 강도와 내식성을 가진 PEEK 소재로 제작되어 내구성과 화학적 안정성을 보장한다. 또한 우수한 밀폐성을 갖추고 있어 압력 센서와 함께 사용할 수 있다. 전고체 배터리 제조 과정에서 몰드는 특정 압력을 가하여 전해질과 전극 재료 간 접촉을 개선하고, 이를 통해 전도성과 전체 성능을 향상시킨다.
몰드는 배터리 조립 과정에서 중요한 역할을 한다. 배터리 구성 요소를 정밀하게 고정하여 충·방전 주기 동안 안정적인 위치를 유지하게 하고, 부품의 변위나 손상 위험을 크게 줄이며, 배터리 전체 성능과 신뢰성을 향상시킨다. 일체형 시험 장비와 함께 사용할 경우 일정한 온도 환경을 조성하여 시험의 일관성을 확보하거나, 다양한 온도 조건에서 성능 평가를 수행할 수 있어 시험 효율과 재현성을 높인다.
일체형 전고체 배터리 시험 시스템
NEWARE의 일체형 배터리 시험 시스템은 충·방전 시험과 온도 제어를 통합하여, 시험 중에 상온, 고온, 저온 조건에서 동시에 테스트를 수행할 수 있다. 이러한 포괄적 접근은 전고체 배터리의 성능과 열 안정성을 다양한 온도 조건에서 평가하며, 고온 내열성이나 저온 시동 성능에 관한 핵심 데이터를 제공한다. 이를 통해 극한 환경에서의 전고체 배터리 기술 발전을 적극적으로 지원한다.
NEWARE 전고체 배터리 몰드 & 일체형 배터리 시험 시스템
통합 설계: 충·방전 시험과 온도 제어 기능을 결합하여 실험실 시험 과정을 단순화하고, 배선 복잡성을 줄이며, 더욱 효율적인 시험 환경을 제공한다.
온도 제어: 정밀한 온도 제어를 통해 일관되고 재현 가능한 실험 조건을 확보할 수 있다. 또한 설정된 온도 사이클 조건에서 배터리 수명을 평가할 수 있다.
더 넓은 산업적 의미
과거 시장에는 ‘전고체 배터리’라는 이름으로 다양한 제품이 출시되었으며, 반고체, 준고체, 전고체 등 여러 기술 경로가 혼재해 있었다. 이로 인해 소비자와 자동차 제조업체는 제품의 실제 성능을 제대로 구별하기 어려웠다.
이번에 명확한 기술 표준이 도입됨으로써, 시장 내 과장된 주장과 ‘가짜 전고체 배터리’의 오해를 방지할 수 있고, 연구개발을 진정한 전고체 기술로 이끌며, 소재·전지·완성차 제조사 간 협력을 촉진하는 통일된 평가 체계를 제공한다.
전고체 배터리의 도전과 미래
전고체 배터리는 유망하지만, 높은 계면 임피던스, 제조 비용 부담, 불충분한 급속 충전 성능 등 산업화 과정에서 여전히 많은 과제가 존재한다. 이번 표준의 발표는 기술적 명확성을 제시할 뿐 아니라, 글로벌 연구개발 방향에도 중요한 지침이 된다.
앞으로 황화물, 산화물 전해질 등 소재 혁신과 제조 공정의 발전이 이어진다면, 전고체 배터리는 고급 전기차와 대형 에너지 저장 시스템에서 상용화될 것으로 기대된다.
Seoul: NEWARE
19th Taerung Techno Town, Gasan-dong, Geumcheon-gu, Seoul 1314, 70 Gasan digital 2-ro, Geumcheon District, Seoul, Korea
(서울특별시 금천구 가산디지털2로 70, 대륭테크노타운19차 1314호)
