이수스페셜티케미컬, 주가 급등…전고체 배터리가 뜬다

[빅데이터뉴스 김민정 기자] 이수스페셜티케미컬 주가가 시간외 매매에서 급등했다.

8일 한국거래소에 따르면 전일 시간외 매매에서 이수스페셜티케미컬 주가는 종가보다 3.08% 오른 25만1000원에 거래를 마쳤다. 이수스페셜티케미컬의 시간외 거래량은 5904주이다.

최근 전 세계적인 탄소중립 기조에 맞춰 대부분의 완성차 업체가 전동화 전환을 서두르고 있다. 자동차 동력원이 엔진에서 전기모터와 배터리로 바뀌면서 어느 때보다 2차전지에 대한 중요성이 높아지고 있다. 배터리의 성능에 따라 전기차의 1회 충전 주행거리와 충전 속도에 영향을 미치기 때문이다.

최근 전기차 시장은 더딘 성장을 보이고 있다. 가장 큰 이유로 내연기관차에 비해 긴 배터리 충전 시간을 꼽는다. 길어야 3분 이내로 주유되는 내연기관차에 비해 전기차는 보통 배터리 80%를 충전하기 위해 30분 이상의 시간이 소요된다. 정부의 구매보조금 축소와 충전소 부족 등에 따른 불편함도 소비자들의 전기차 구매를 망설이는 이유다.
여기에 높은 화재위험성도 전기차 보급에 걸림돌로 작용하고 있다. 전기차 화재 발생 비율은 내연기관차와 비슷한 수준이다. 다만 배터리 열폭주 현상으로 화재 진압이 어렵고 피해 규모가 상대적으로 커 전기차에 대한 안전성 우려가 제기되고 있다.

전기차의 단점을 보완하기 위해 완성차·배터리 업체는 차세대 배터리 개발에 공을 들이고 있다. 완성차업체가 출시하고 있는 전기차에는 리튬이온 배터리가 적용된다. 리튬이온 배터리는 양전극, 음전극, 분리막, 전해질이라는 4대 구성요소로 이뤄져있다.

리튬이온이 전해액을 매질로 두 전극을 오가면서 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 저장 및 방출하는 구조다. 국내 배터리 3사가 주력하는 삼원계 배터리, 중국 배터리 업체가 주력하는 LFP 배터리 모두 액체 전해질을 사용한다.
리튬이온 배터리는 가연성의 액체 상태의 전해질을 사용해 화재에 취약한 단점을 지닌다. 온도에 의한 팽창이나, 외부 충격에 의한 분리막이 손상될 경우 전해질이 누출되고 양극재와 양극재가 맞닿게 돼 연쇄 화학 반응으로 큰 화재가 발생된다.

때문에 시장은 전기차가 갖춰야 할 조건으로 내연기관과 비슷한 주행거리, 짧은 충전 속도는 물론 고온·저온 특성의, 안전성, 내구성의 보완과 성능 신뢰성 등을 요구하고 있다. 완성차·배터리업체가 차세대 배터리 개발에 열을 올리고 있는 이유다.

차세대 배터리 중에서도 전고체 배터리에 대한 관심이 집중된다. 전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리에서 사용하는 유기 전해액과 분리막을 대신해 고체 전해질을 적용한 배터리다. 고체 전해질은 0℃ 이하의 저온이나 60~100℃ 고온에서 액체전해질보다 이온전도성이 향상된다는 장점이 있다.

또한 음전극을 흑연·실리콘 대신 리튬 금속을 적용해 에너지밀도를 향상시킬 수 있는 것이 특징이다. 리튬메탈 음극재는 기존 흑연 음극재에 비해 에너지 밀도가 10배 높은 고용량 소재다. 즉 부피당 에너지 밀도가 기존 리튬이온전지보다 높아져 배터리의 부피를 크게 줄일 수 있다.
전고체 배터리는 화재 위험성도 낮다. 기존 리튬이온전지에 사용되는 가연성의 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하기 때문에 팽창과 충격으로 인한 전해액 누출 위험성이 낮다. 화재 위험성이 낮아지면서 배터리팩 공간의 30% 이상을 차지하는 냉각장치는 더 이상 필요치 않다. 또한, 분리막이 필요 없어 배터리 자체의 부피도 감소된다.

부피가 줄어들면서 리튬이온 배터리 대비 2배 이상 에너지를 저장할 수 있다. 이는 전기차뿐만 아니라 로보틱스, 도심항공모빌리티(UAM), 웨어러블 디바이스 등에 적용 될 수 있어 각 산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.

전고체 배터리는 원가 경쟁력이 관건이 될 전망이다. 고체 전해질인 황화리튬(Li2S)이 고가이기 때문이다. 리튬이온 배터리 전해액은 ㎏당 9달러이지만, 황화물계 고체 전해질의 주원료인 황화리튬(Li2S)은 ㎏당 1500~2000달러 수준이다. 리튬이온 배터리 전해액의 200배 이상이다.

한편 이수스페셜티케미컬이 신규 사업으로 꼽은 황화리튬(Li2S)은 전고체배터리에 사용되는 황화물계 고체전해질의 핵심 원료이며,황화물계 전고체배터리의 가격 안정화에 가장 중요한 부분이 황화리튬(Li2S)의 저가화 합성 기술이다.

이수스페셜티케미컬은 기존제품 생산시에 부산물로 생성되는 황화수소를 이용해 TDM, NOM/NDM등을 제품화한 이력이 있음에 따라 2021년부터 황화리튬(Li2S)의 연구개발을 시작했다.

이수스페셜티케미컬은 황화리튬(Li2S)의 저가화 대량 생산 기술 개발의 일환으로 지난 2021년 11월 황화리튬(Li2S)의 시제품 생산을 위한 데모 설비 구축을 시작, 2022년 11월 연산 20톤 규모의 데모 생산 설비를 준공했다.

은 황화리튬에 대한 선제적 수요 확보를 위해 2022년 4월 에코프로비엠, 6월 美 Solid Power 및 8월에 희성촉매와의 업무협약 (MOU)을 체결했으며, 공시서류작성기준일 현재 시제품에 대한 고객사 테스트를 진행중에 있다.

또한 2023년 4월 중 미국 기술 엔지니어링 회사인 KBR(Kellogg Brown & Root, 켈로그브라운앤루트)과 전고체 배터리 소재 황화리튬(Li2S)의 상업공정 공동 개발 계약을 체결했다.

김민정 기자 thebigdata@kakao.com