K-베터리 업계, 휴머노이드 핵심 ‘전고체 배터리’ 양산 정조준

유비텍(UBTech) 워커 S2 로봇이 다 소모된 배터리를 꺼내 새것으로 교체하고 있다. [사진: 유비텍 로보틱스]

[디지털투데이 석대건 기자] 배터리 업계가 2027년 전고체 배터리 양산을 목표로 셀 제조부터 소재 개발까지 밸류체인 전체가 총력전에 돌입했다. 에너지밀도 1000Wh/L급으로 휴머노이드·드론 등 차세대 산업의 게임체인저로 평가받으며, 양산 성공 여부가 글로벌 시장 주도권을 가를 전망이다.

업계에 따르면 인터배터리 2026에서 삼성SDI, LG에너지솔루션, SK온 등 셀 제조 3사와 에코프로, 엘앤에프, 포스코퓨처엠, LG화학 등 소재 기업들이 일제히 전고체 개발 현황을 공개한다. 휴머노이드 로봇과 드론, 항공·위성 등 차세대 산업에 필수적인 고에너지밀도·고안전성 배터리 확보 경쟁이 본격화됐다.

특히 전고체 배터리가 주목받는 이유는 에너지밀도와 안전성을 동시에 확보할 수 있기 때문이다. 액체 전해질을 고체로 대체해 화재 위험을 근본적으로 낮추면서도 1000Wh/L급 에너지밀도를 구현할 수 있다. 휴머노이드는 장시간 작동과 소형·경량화가 필수적이며, 드론은 비행시간 연장과 안전성 확보가 관건이다. 현재 리튬이온 배터리는 300~400Wh/L 수준에 그친다.

현재 대부분의 휴머노이드 로봇은 2~4시간 작동에 그친다. 배터리 용량이 일반적으로 2kWh 미만이기 때문이다. 유니트리 H1은 0.864kWh 배터리로 정적 작동 시 4시간 미만 구동되며, 테슬라 옵티머스 Gen2는 2.3kWh 하이니켈 배터리 시스템을 탑재했지만 동적 작동 시 2시간 정도만 작동한다. 시장조사기관 트렌드포스는 "5~8시간 배터리 수명 한계를 넘어서려면 배터리 교체 전략이나 고에너지밀도 배터리 기술 도입이 필수"라고 분석했다.

그만큼 기대도 높다. 휴머노이드 로봇용 전고체 배터리 수요가 2035년 74GWh에 달할 것으로 전망했다. 이는 2026년 대비 1000배 이상 증가한 규모다. 글로벌 휴머노이드 로봇 출하량은 2026년 5만 대를 넘어설 것으로 예상되며, 전년 대비 700% 이상 성장할 전망이다. 트렌드포스는 "휴머노이드 로봇의 2026년 상용화가 차세대 배터리 수요를 크게 가속화할 것"이라며 "에너지 저장, 특히 전고체 배터리가 핵심 역할을 할 것"이라고 분석했다.

◆2027년 양산 성공 여부가 글로벌 주도권 판가름

삼성SDI는 2027년 하반기 양산을 목표로 황화물계 전고체 배터리 개발에 박차를 가하고 있다. 에너지밀도 1000Wh/L급으로 휴머노이드, 이동형 로봇, 산업용 로봇 등 다양한 피지컬 AI에 적용할 계획이다. 삼성SDI는 고성능 연산과 정밀 구동을 동시에 수행해야 하는 피지컬 AI에는 높은 에너지밀도와 안정적인 출력, 절대적인 안전성이 요구된다며 전고체 배터리를 해법으로 제시했다.

LG에너지솔루션은 전고체 배터리를 비롯해 리튬메탈 배터리, 바이폴라 배터리, 소듐 배터리 등 차세대 배터리 기술 포트폴리오를 선보인다. 홈로봇 LG 클로이드와 베어로보틱스 자율주행 로봇 'Carti100', K-드론얼라이언스와 협력한 혈액수송용 드론, 항공·큐브위성 등에 적용될 전고체 배터리 기술을 전시할 예정이다.

전고체 배터리 상용화를 위한 소재 개발도 본격화됐다. 에코프로는 전고체 배터리 소재 풀 밸류체인을 갖췄다고 밝혔다. 고객사와 함께 2027년 양산을 목표로 개발 중인 고체 전해질을 비롯해 전고체용 양극재, 리튬메탈 음극재의 면면을 인터배터리를 통해 공개할 계획이다. 에코프로 관계자는 "글로벌 넘버1 하이니켈 기술력을 바탕으로 휴머노이드 시대를 대비한 전고체 소재까지 풀라인업을 전시했다"고 말했다.

엘앤에프는 ASSB(전고체전지용) 양극재를 포함한 차세대 소재 포트폴리오를 공개한다. 포스코퓨처엠은 전고체 배터리용 양극재와 실리콘 음극재 개발 현황을 전시하며, 미국 전고체 배터리 기업 팩토리얼(Factorial Inc.)과 공동으로 연구개발 중인 오픈 이노베이션 현황도 소개한다. 포스코그룹은 고체전해질, 리튬메탈음극재 등 전고체 핵심 소재 개발에도 나서고 있다.

LG화학은 하이니켈·고전압 미드니켈·LFP·LMR 등 다양한 양극재와 함께 ASSB(전고체전지용) 양극재, 음극 바인더 등 배터리 전체 밸류체인을 아우르는 포트폴리오를 선보인다. LG화학 CEO 김동춘 사장은 "핵심 소재 경쟁력과 기술 기반의 통합 솔루션으로 글로벌 마켓 리더십을 강화해 나갈 것"이라고 밝혔다.

업계는 2027년을 전고체 배터리 상용화의 분수령으로 본다. 이 시기에 양산 체계를 구축한 기업이 휴머노이드·드론 등 차세대 시장을 선점할 것으로 전망된다. 관건은 양산 공정 안정화와 원가 경쟁력 확보 시점이다. 중국 CATL과 일본 도요타 등 글로벌 경쟁사들도 전고체 개발에 적극 나서고 있어 기술 격차 유지가 중요하다는 평가다.

업계 관계자는 "전고체는 기술 난이도가 높아 셀 제조사와 소재 기업의 긴밀한 협력이 필수"라며 "2027년 양산 성공 여부가 K배터리의 차세대 시장 주도권을 결정할 것"이라고 말했다.