전기차 배터리 산업 성장과 함께 차세대 제품에 대한 관심도 늘고 있다. 전고체 전지가 주인공이다. 주요 기업은 로드맵을 제시하는 등 미래를 준비하고 있다. 전고체 전지 분야는 2027년 전후 개화가 예상된다. 일본 도요타, 미국 퀀텀스케이프 등 해외는 물론 한국 배터리 3사가 시장 선점을 위한 물밑 작업을 펼치고 있다.

국내에서는 삼성SDI가 최근 경기 수원에 전고체 전지용 파일럿 라인(S라인)을 착공했다. 6500제곱미터(㎡) 규모로 조성되는 S라인에는 고체전해질 공정 설비 등 관련 인프라가 꾸려진다.

LG에너지솔루션은 2가지 종류의 전고체 전지를 동시 개발 중이다. 고분자 및 황화물계가 대상이다. SK온은 미국 솔리드파워 등과 전고체 배터리 R&D를 협력키로 했다.

시장조사기관 SNE리서치는 전고체 전지 시장이 2021년 2기가와트시(GWh)에서 2030년 135GWh로 확장한다고 추정했다. 2035년부터는 전고체 전지 대세화가 이뤄질 것으로 보고 있다.

전고체 전지의 개념은 인화성 액체전해질/분리막 대신 불연/난연성 고체전해질을 적용하여 이온전도체인 전해질과 동시에 분리막 역할까지 대신하고 있는 것으로 1970년대 후반 처음 제시되었다. 한동안 빛을 보지 못하고 고체전해질 위주로 학문적인 주제로만 일부 연구가 진행되다가 일본 도요타가 2010년 황화물 고체전해질을 사용한 전고체 전지 시제품을 공개한 뒤부터 전세계적으로 큰 관심을 불러모으게 되었다. 이후 연구가 눈에 띄게 활발해졌으며, 현재는 고체전해질 소재 후보군으로 산화물계, 황화물계, 폴리머계, 유·무기 하이브리드계 등이 발굴되어 연구 중에 있다.

현재 연구개발되고 있는 대부분의 차세대 고용량/고출력(고전압)/대용량 리튬이온 이차전지는 이온전도성이 우수한 유기계 액체 전해질을 사용하고 있기 때문에 휘발성이 높은 유기 전해액 사용에 따른 전지의 안전성에 대한 불안감은 항상 내포되어 있다. 리튬이온 이차전지의 안전성 확보를 위하여 전지를 구성하는 전극 소재, 전해액 및 분리막에 대한 연구가 진행되고 있으나, 전지의 안전성 문제를 근본적으로 해결 할 수 있는 고체전해질에 기초한 전고체 전지 시스템에 대한 연구는 현재 본격적으로 착수되지 못하고 있는 실정이다. 일반적으로 리튬이온 이차전지의 안전성은 액체전해질<폴리머 겔전해질<고체전해질 순서로 향상되지만, 리튬이온 이차전지의 전기화학적 성능은 전해질을 고체화함에 따라 저하된다. 이러한 리튬이온 이차전지의 성능 저하는 고체전해질의 낮은 이온전도도와 활물질과의 접촉면적 감소에 따른 높은 계면저항 때문이며 전고체전지의 실용화에 중대한 걸림돌로 작용하고 있다. 최근 업계에서는 이의 개선을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

차세대 고용량/고출력(고전압)/대용량 리튬이온 이차전지의 안전성 확보를 위해서는 고체전해질을 적용한 전고체형 리튬이온 이차전지의 개발이 필수적으로 요구되고 있고, 최근 일본 및 미국 등의 선진사에서도 이에 대한 본격적인 연구를 착수하고 있어 상용화 기대감이 높아지고 있다.