LG에너지솔루션 배터리 기술 로드맵

LG에너지솔루션 배터리 기술 로드맵

2025.05.14. Interview

LG에너지솔루션의 전기차 배터리 기술 로드맵

[Premium Segment] 고도화되는 NCM 양극재 기술

[Premium Segment] 실리콘을 통한 음극 소재의 혁신

[Premium Segment] 안정성을 끌어올린 LG에너지솔루션 SRS®

[Standard Segment] 더 안전하고 합리적으로, 미드니켈 소재 개발

[Standard Segment] 첨가제와 용매 개발을 통한 내구성 확보

[Affordable Segment] 제조 공정의 진화, 건식 전극 공정

LG에너지솔루션 R&D의 힘: 데이터 기반 예측과 공정 자동화

 

[선진상사는 # ESS 배터리 매입 # 리튬이온 배터리 매입및수거 # 전기차 배터리 매입 # UPS 배터리 철거 # 2차 폐축전지 폐기 # 골프카 배터리 폐기 # 전기자전거 배터리 수거 # 인산철 배터리 폐기합니다.
관련하여 상담을 원하시는 분은 010 3018 0141입니다.]

 

LG에너지솔루션 배터리 기술 로드맵

2025.05.14. Interview

LG에너지솔루션의 전기차 배터리 기술 로드맵

[Premium Segment] 고도화되는 NCM 양극재 기술

[Premium Segment] 실리콘을 통한 음극 소재의 혁신

[Premium Segment] 안정성을 끌어올린 LG에너지솔루션 SRS®

[Standard Segment] 더 안전하고 합리적으로, 미드니켈 소재 개발

[Standard Segment] 첨가제와 용매 개발을 통한 내구성 확보

[Affordable Segment] 제조 공정의 진화, 건식 전극 공정

LG에너지솔루션 R&D의 힘: 데이터 기반 예측과 공정 자동화

 

전기차와 전기바이크 등 e-모빌리티 산업이 빠르게 성장하며 배터리에 대한 고객의 요구사항도 더욱 정교해지고 있습니다. 

 

이제는 주행거리, 출력 등 배터리의 성능 경쟁을 넘어, AI 기반 배터리 관리 시스템, 안전성이 향상된 차세대 배터리와 같은 고객의 숨은 니즈까지 반영할 수 있는 개발 역량이 배터리 제조사의 핵심 경쟁력으로 자리 잡고 있습니다. 

 

이에 LG에너지솔루션은 차세대 배터리 기술 개발뿐만 아니라 배터리 제조 공정에서도 혁신적인 기술을 도입하며 차별화된 성과를 이어가고 있습니다.

이 같은 기술 혁신과 비전을 공유하는 ‘LG Tech Conference 2025’가 지난 4 월 3일 LG사이언스파크에서 개최되었는데요. LG계열사의 우수한 연구진들이 이 자리에서 직접 연구 경험과 성과를 생생하게 공유했습니다. 

 

LG에너지솔루션의 강연자로 나선 Cell 선행개발그룹의 이정훈 님은 ’미래의 모빌리티 시대를 준비하는 LG에너지솔루션의 전기차 셀 선행개발 전략’이라는 주제로 전기차 배터리 관련 기술 로드맵을 소개하며 전기차 산업의 미래를 이끄는 핵심 기술과 방향성을 제시했습니다. 

 

지금부터 이정훈 님의 발표 내용을 통해 LG에너지솔루션이 그리는 미래 전기차 배터리 기술의 비전을 살펴보시죠!

 

LG에너지솔루션의 전기차 배터리 기술 로드맵

 

LG에너지솔루션은 전기차, ESS(에너지저장장치), UAM(Urban Air Mobility), BBU(Backup Battery Unit) 등 다양한 분야에 탑재되는 최첨단 배터리를 개발하며 배터리 기술의 혁신을 주도하고 있습니다.

 

그 중 전기차용 배터리는 Premium, Standard, Affordable 세 가지 세그먼트(Segment)로 나누어 기술 로드맵을 운영하고 있는데요. 각 세그먼트별 전략을 구분 짓는 주요 기준은 주행 거리, 충전 시간(급속 충전), 비용, 에너지 밀도입니다.

이 중 Premium 배터리는 ‘고성능’에 중점을 두고 있습니다. 높은 에너지 밀도와 용량을 위해 하이니켈 양극재가 사용되며, 급속 충전과 긴 주행거리를 지원하기 위한 차세대 배터리 핵심 소재인 실리콘 음극재 기술도 활발히 연구되고 있죠.

Standard 배터리 영역에서는 니켈 함량을 60~70% 수준으로 줄인 ‘미드 니켈(Mid-Ni)’ 배터리를 통해 가격을 낮추면서도 안정성을 확보하는 전략을 추진하고 있습니다.

 

LG에너지솔루션은 낮아진 니켈 비중에도 더 긴 주행거리를 확보하고자 에너지 밀도를 높이기 위한 전압 증가 기술 개발에 주력하고 있는데요. 이와 함께, 제조 공정에서 활물질을 제거하는 혁신 기술을 개발해 비용을 절감하고, 2027년까지 내연기관 차량 수준의 가격 경쟁력을 확보하는 것을 목표로 하고 있습니다.

Affordable 영역에서는 LFP(리튬인산철) 계열의 양극재가 사용됩니다. LFP는 NCM(니켈, 코발트, 망간) 대비, 가격 경쟁력과 안정성을 갖춘 소재이지만 에너지 밀도와 급속 충전 성능을 보완하는 것이 과제인데요. LG에너지솔루션은 ‘건식 전극 공정’이라는 차별화된 기술을 통해 합리적인 가격에서도 높은 성능과 안전성을 확보할 예정입니다.

 

[Premium Segment] 고도화되는 NCM 양극재 기술

 

NCM(니켈, 코발트, 망가니즈) 양극재는 현재 가장 널리 사용되는 전기차 배터리 중 하나로, 고성능 전기차 배터리의 핵심 소재로 사용되고 있습니다. LG에너지솔루션은 NCM 양극재의 장점을 극대화하기 위해 다양한 연구를 지속해왔는데요.

대표적으로 ‘단입자(Single-crystal, SC)’ 양극재 소재 연구를 들 수 있습니다. 기존에 사용되던 다결정(Poly-crystal, PC) 구조는 여러 입자가 결합된 형태로, 충·방전 및 압연 과정에서 입자 간 균열이 발생할 가능성이 있어 배터리 성능에 영향을 주었는데요. 단일 입자로 구성된 단입자 구조는 균열을 줄여 더 높은 안정성과 향상된 배터리 수명을 기대할 수 있습니다.

이와 함께 LG에너지솔루션은 상 변이(Phase transition)1를 줄이고 표면 안정성을 강화하는 멀티 도핑2 최적화(Multi-doping optimization)와 표면 코팅(Surface Coating) 기술 개발에도 박차를 가하고 있으며,

양극재 입자를 더 얇고 균일하게 감싸기 위한 공정 기술도 개발하고 있습니다. 이 기술이 더욱 고도화되면 배터리 소재에 사용되는 니켈 함량을 더 높일 수 있게 되는데요. 니켈의 함량이 높아지면, 에너지 밀도가 증가하기 때문에, 이를 전기차에 적용한다면 주행거리가 더욱 길어질 것으로 기대하고 있습니다. 이처럼 주행거리가 늘어나면 전기차를 운행하는 데 드는 상대적인 비용 부담도 줄어들고, 결과적으로 주행거리 대비 총비용을 낮추는 데에도 도움이 되어 고객에게 더 큰 가치를 제공할 수 있게 되는 것이죠.

 

[Premium Segment] 실리콘을 통한 음극 소재의 혁신

 

앞서 언급했듯, Premium 배터리의 핵심은 고성능 구현에 있으며 Premium 배터리를 만들기 위해서는 음극을 통한 급속 충전 성능이 필수입니다. 급속 충전을 실현하는 방법 중 하나는 전류가 빠르게 흐를 수 있도록 음극을 얇게 만드는 것인데요. 현재 음극 소재로 주로 사용되는 흑연(Graphite)보다 높은 에너지 저장능력을 가진 실리콘(Silicon)이 차세대 음극 소재로 주목받고 있죠.

하지만, 실리콘은 충·방전 시 부피가 팽창하고 수축하는 물리적 특징을 가지고 있습니다. 

 

LG에너지솔루션은 이러한 부피 변화를 해결하기 위해 1세대 전략으로 ‘실리콘 산화물(SiOx)’을 적용했습니다. 실리콘 음극재는 단독으로 쓰지 않고 성능을 높이기 위해 실리콘과 다른 물질을 결합한 방식으로 개발되는데, 결합 형태에 따라 ‘실리콘 산화물’과 ‘실리콘 탄소 복합체(Si-C)’로 나뉩니다. 실리콘 산화물은 실리콘의 팽창을 완화하는 일종의 범퍼 역할을 하게 됩니다. 하지만 실리콘 탄소 복합체에 비해 상대적으로 낮은 용량이라는 한계를 지녀 배터리 전체 성능을 저하시킬 수 있어 여기에 금속(Metal)을 소량 첨가해 성능을 개선하는 방법을 연구했습니다.

이어진 2세대 전략은 ‘실리콘-카본 복합소재(Si/C)’를 적용하는 것인데요. 이 소재는 실리콘의 높은 용량과 카본의 안정성을 동시에 확보할 수 있지만, 공정 난이도가 매우 높습니다. 그래서 한때는 상용화가 어렵다는 평가도 있었는데요. LG에너지솔루션의 끊임없는 도전과 기술 혁신을 통해 현재는 개발 완료 단계에 접어들었습니다.

궁극적으로 LG에너지솔루션은 음극재에 순수 실리콘을 사용하는 것을 목표로 하고 있습니다. 순수 실리콘으로 만든 음극재를 사용하게 되면 더 높은 용량을 확보할 수 있고 원가도 절감할 수 있어 LG에너지솔루션은 이를 위해 다양한 연구를 이어가고 있습니다.

 

[Premium Segment] 안정성을 끌어올린 LG에너지솔루션 SRS®

 

고용량, 고출력의 Premium 배터리에서 안전성을 더욱 높이기 위해 LG에너지솔루션은 안전성에 특화된 ‘SRS®(Safety Reinforced Separator)’를 개발했습니다.

 

2004년 개발된 1세대 SRS® 는 기존 분리막에 세라믹 코팅을 적용하여, 배터리의 이상 작동 시 리튬이온의 이동 통로인 기공을 닫아 셧다운(Shut-down)3시켜 잠재적인 위험을 효과적으로 제어하고, 고온의 환경에서도 분리막이 수축되지 않고 형상을 유지하면서 전극 간의 단락 현상(short)4를 막는 이중 안전장치 역할을 수행합니다.

2세대 SRS®는 세라믹 코팅층의 두께가 획기적으로 얇아졌습니다. 분리막을 얇게 제작할 수 있다는 것은 세라믹 코팅층의 두께를 컨트롤 할 수 있는 기술을 보유했다는 의미이기도 한데요. 균일하고 얇게 코팅할 수 있는 기술을 통해 공정 효율과 생산 속도를 증가시켜 배터리의 가격 경쟁력 확보는 물론 에너지 밀도도 개선되어 주행거리가 증가했습니다.

그리고 3세대 SRS®는 내구성과 출력 개선 등의 성능 향상을 목표로 현재 개발 중에 있습니다. 환경 친화적인 배터리 솔루션을 제공하기 위해 PFAS5-free 바인더 코팅이나 수계 코팅과 같은 친환경 분리막 소재와 공정 기술도 함께 연구하고 있습니다.

 

[Standard Segment] 더 안전하고 합리적으로, 미드니켈 소재 개발

 

LG에너지솔루션의 Standard 세그먼트의 배터리는 니켈 함량을 줄여 가격을 낮추면서, 안정성을 확보하는 전략을 가지고 있는데요. 대표적인 소재로는 니켈 함량을 낮춘 ‘미드니켈(Mid-nickel)’이 있습니다.

LG에너지솔루션은 니켈 함량의 감소로 상대적으로 낮아진 에너지 밀도와 내구성을 전압을 높여 개선했습니다. 고전압 미드니켈 배터리는 더 많은 에너지를 저장하여 더 많은 전력을 공급할 수 있기 때문에 주행거리가 증가합니다. 뿐만 아니라 니켈 함량을 줄이고 망간과 코발트의 비율이 높아지며 안정성도 확보할 수 있죠.

더 나아가, LG에너지솔루션은 내연기관 차량 수준의 가격의 전기차를 실현시키기 위해 양극 소재 원가를 낮출 수 있는 핵심 공정 기술도 개발중에 있습니다. 이렇게 되면 전기차 대중화에 중요한 전환점을 이끌어낼 것으로 기대됩니다.

LG에너지솔루션은 소재 개발과 더불어 AI를 기반한 소재 개발 역량도 강화하고 있는데요. 양극 소재를 개발하기 위해선 수많은 물질 구조를 검토해야 하는데, 이를 하나하나 실험하는 것은 많은 시간과 자원을 필요로 합니다. 이때 MI(Materials Informatics)6와 AI 기반의 기술을 활용하면, 빠르게 결과를 도출하고 개발 속도를 끌어올릴 수 있습니다. LG에너지솔루션은 그룹 내 AI 전문가와 협업하여, 양극 소재 개발을 가속화하는 프로젝트를 진행하고 있습니다.

 

[Standard Segment] 첨가제와 용매 개발을 통한 내구성 확보

 

Standard 영역의 배터리는 Premium이나 Affordable 영역의 제품군과 비교해 상대적으로 전압이 높습니다. LG에너지솔루션은 고전압 환경에서도 음극재와 전해질과의 반응성이 커지지 않고 내구성이 확보될 수 있도록 여러 기술을 연구개발하고 있는데요.

우선 전해질과의 반응성을 줄이기 위해 용매 개발에 주력하고 있습니다. 용매는 음극재와 전해질을 결합하고 전해질을 안정적으로 용해시켜주는데요. 리튬이온 배터리에서 주로 쓰이는 카보네이트(Carbonate) 기반의 용매는 구조적으로 전기화학반응 중 가스가 발생할 수 있습니다. 이에 LG에너지솔루션은 배터리의 내구성과 안정성을 확보하고자 용매 물질구조 내 가스가 발생할 수 있는 부분을 제거하고, 기존보다 분해가 잘 되지 않는 용매 물질을 개발하고 있죠.

또한, 전해질 소재 개발에 AI 및 DX(데이터 기반)기술을 적극 도입하고 있는데요. 수억 개의 물질 데이터베이스를 기반으로 최적의 전해질 소재 조합을 빠르게 선별하는 시스템을 구축하여 개발 효율을 극대화하고자 노력하고 있습니다.

마지막으로 충∙방전 시 전해질과 반응할 수 있는 실리콘 음극재를 보호하기 위해 기능성 첨가제도 개발하고 있습니다. 이 첨가제는 전극 표면을 안정적이고 유연하게 감싸는 보호막 역할을 하게 됩니다.

 

[Affordable Segment] 제조 공정의 진화, 건식 전극 공정

 

Affordable 영역에서는 ‘건식 전극 공정’이 가장 주목받고 있습니다. LG에너지솔루션은 건식공정을 빠르게 양산하기 위해 연구개발하고 있는데요.

기존의 습식 전극 공정은 원재료들을 용매에 분산/용해시켜 집전체에 도포한 후 이를 건조해 전극을 만드는 방식이었습니다. 건식 전극 공정은 이와 반대로 용매를 사용하지 않고 활물질, 도전재, 바인더를 고체 상태로 믹싱한 파우더를 집전체에 코팅하는 과정을 거칩니다. 이처럼 공정을 간소화함으로써 생산 효율성이 더욱 높아집니다.

특히, 건식 전극 공정의 가장 큰 장점은 ‘로딩(Loading)’을 극대화할 수 있다는 점입니다. 쉽게 말해, 동일한 면적에 더 많은 활물질을 담을 수 있다는 것인데요. 이를 통해 더 높은 에너지 용량과 밀도를 구현할 수 있습니다. 더 나아가, 유기용매를 사용하지 않는다는 점에서 친환경적이며 건조 설비나 용매 회수 시스템이 불필요하기 때문에 제조 비용은 절감되고 전력 소모량도 감소됩니다.

 

LG에너지솔루션 R&D의 힘: 데이터 기반 예측과 공정 자동화

 

좋은 소재와 기술도 중요하지만, 고객이 진짜 알고 싶은 것은 배터리 셀이 잘 작동하는지, 문제가 발생하지 않는 지입니다. LG에너지솔루션은 약 20년간 축적한 실험 데이터와 전문적인 지식을 기반으로 머신러닝(ML Methods)을 적용해 셀의 상태를 진단하고, 향후 성능까지 예측하고 있습니다. 이제 “이 셀이 정말 괜찮은가?”라는 고객의 질문에 LG에너지솔루션은 데이터를 기반으로 명확한 답을 줄 수 있게 된 것이죠.

LG에너지솔루션은 배터리 개발 과정 전반에도 자동화 기술을 도입해 효율성을 극대화하고 있습니다. 4대 핵심 소재를 활용한 수많은 실험을 통해 얻은 방대한 결과를 연구진이 수작업으로 정리하는 대신, 데이터 수집과 분류 작업이 자동화 시스템을 통해 진행되고 있는데요. 이로서 LG에너지솔루션 연구원들은 이전보다 훨씬 효율적으로 작업을 수행할 수 있게 되었습니다.

이렇게 축적된 경험과 기술력, 그리고 혁신을 향한 DNA를 바탕으로, LG에너지솔루션은 에너지를 저장하고, 이동시키며, 다시 순환시키는 전 과정에서 지속적인 기술 혁신을 이끌어 내고 있습니다. 앞으로도 끊임없는 연구와 도전을 통해 ‘Empower Every Possibility’라는 새로운 비전처럼, 에너지로 세상을 깨우고 더 나은 미래를 만들어가겠습니다!

 

1. 상 변이: Phase transition, 특정 조건에서 물질의 결정 구조가 변하면서 성능 저하나 안정성 문제를 일으키는 현상
2. 도핑: 기존의 양극재 결정 구조에 미세한 양의 다른 금속 원소를 삽입하는 기술
3. 셧다운(Shut-down): 배터리 내부에서 이상이 발생했을 때, 배터리의 작동을 자동으로 멈추게 하는 기능
4. 전극 간의 단락 현상(short): 배터리 내부에서 양극과 음극이 서로 접촉되어 정상적인 경로가 아닌 직접적으로 연결되는 것 
5. PFAS(per- and polyfluoroalkyl substances): 시간이 지나도 쉽게 분해되지 않고 축적되는 다양한 합성 화학물질 그룹 
6. MI(Materials Informatics): 컴퓨터 과학, 인공지능(AI) 기술을 등을 재료 과학에 적용하는 연구 분야

 

선진상사는
사업장 비배출 시설계 폐기물 관련 허가업체로서
ESS 배터리 매입, ESS 배터리 수거, ESS 배터리 장비를 철거합니다.

​또한 리튬 이온 배터리 (Li-ion battery), 전기차 배터리 및 2차 폐축전지 , 2차 전지, 골프카 배터리, 전동공구 배터리, 전동보드 배터리, 전기자전거 배터리, 인산철 배터리 등 수거 전문처리 업체입니다.

​​대학교, 관공서, 기업, 병원, 호텔, 군부대, 항공사,국내 외 전기차 관련기업, 발전소 등의 ESS 배터리, 리튬 이온 배터리, 전기차 폐배터리와 2차 폐축전지, ESS, UPS 배터리 매입 수거까지 숙련된 기술과 합리적 가격, 정직함으로 진행합니다.

관련하여 상담을 원하시는 분은
ds2puw@hanmail.net
010 3018 0141입니다. 

​* ESS 배터리 ( Energy Storage System , 에너지 저장장치)
* UPS 배터리 (Uninterruptible Power Supply , 무정전 전원 공급 장치)

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