일본 경제산업성에 따르면, 전고체전지 시장 규모는 2024년 기준 약 2.5억 달러로 추산되며, 2033년까지 약 18억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다. 이에 따른 연평균 성장률은 약 27.8%에 이를 것으로 예상된다. 현재는 생산단가가 높지만, 2030년 이후 양산 체제에 돌입하면 점차 하락할 것으로 보인다. 민간 조사기관인 IDTechEx는 2035년 전 세계 전고체전지 시장(Solid-State Batteries Market) 규모를 약 90억 달러로 예측하고 있다. 전고체전지는 전기차(EV)는 물론, 그리드형 에너지저장장치(ESS), 산업용 드론, 웨어러블 기기 등 다양한 분야로의 적용 가능성이 기대된다. 일본은 이러한 성장 가능성을 기반으로, 2027년부터 2030년 사이 상용화 주도권을 확보하겠다는 목표를 세우고 있다.

일본 정부의 정책 목표 및 산업 전략

일본 경제산업성은 2022년 8월 「배터리 산업 전략」을 발표하며, 2030년까지 전고체전지 상용화를 국가 전략 목표로 설정했다. 이에 따라 토요타, 이데미츠, 미쓰이금속, TK Works 등 4개 대형 프로젝트에 약 6.6억 달러(1000억 엔) 규모의 정부 지원을 집행하고 있다. 또한, 국책 연구개발기관인 NEDO(신에너지·산업기술종합개발기구)는 '경제안보 기술육성 프로그램' 등을 통해 전극 소재와 고체 전해질 등 핵심 기술 개발을 집중 지원하고 있다.

주요 기업별 개발현황

일본의 기술 경쟁력 및 과제

일본은 전 세계 전고체전지 관련 특허의 약 36%를 보유해 중국(27%)과 한국(18%)보다 앞서 있으며, 전반적인 기술력도 견고하다는 평가를 받고 있다. 특히 세라믹계, 황화물계 전해질 등 핵심 소재 분야에서 일본은 확고한 기술 우위를 점하고 있다.

다만, 상용화까지는 몇 가지 주요 과제가 남아 있다. 양산 기술 확보, 수명 안정성, 원가 절감, 자원 확보, 전문 인력 양성 등이 대표적인 과제로 지적된다. 현재 일본의 양산 기술은 실증 단계에 머물러 있으며, 자동차용 대형 셀의 대량 생산 체계는 아직 충분히 구축되지 못한 상황이다. 또한 충·방전 반복 과정에서 전지의 팽창·수축으로 인해 균열이 발생하는 현상이 수명 단축의 원인이 되고 있으나, 이에 대한 명확한 해결책은 제시되지 않았다. 고순도 세라믹 및 황화물 전해질 등의 높은 소재 단가로 인해 생산 원가가 높다는 점도 부담으로 작용하고 있다. 리튬, 황, 니켈 등 핵심 자원의 안정적 확보 역시 중요한 과제로 남아 있으며, 융합형 인재(소재·공정·전지 해석 등)의 수요는 증가하는 반면, 차세대 전문 인력의 확보는 여전히 어려움을 겪고 있다.

기술적 과제 극복을 위한 일본 전역 컨소시엄 발족현황

1. 일본 전역 협력 기반: “LIBTEC 프로젝트”

LIBTEC 컨소시엄은 2018년부터 가동된 전고체전지 공동 연구 플랫폼으로, 초기에는 24여 개 회원사가 참여 했으며 현재는 자동차 (Toyota, Honda, Nissan), 소재, 전지 (Panasonic, GS유아사), 공정기업과 대학 등을 포함한 29개 기관 규모로 확대. 교토대, 오사카대, 요코하마국립대 등 주요 연구기관이 참여하며, 전국 단위의 연구·평가·실증 협력 체계를 구축하고 있다.

2. 지역 중심형 컨소시엄

① 도쿄공업대학교 OPERA 전고체전지기술 공창 컨소시엄

Tokyo Tech OPERA 컨소시엄은 일본과학기술진흥기구(JST)의 OPERA 프로그램 일환으로 2019년부터 시작됐다. ULVAC, 이스즈 중앙연구소, LG Japan Lab 등 약 20개 민간기업이 참여했고, 산학관 협력을 통해 기초 기반 기술 공동 개발을 추진해왔다. 특히 세계 최초로 초이온 전도재료인 ‘LGPS계’ 개발에 성공함으로써 일본 전고체전지 연구의 기술 경쟁력을 높였다. 다만, JST 프로그램의 특성상 종료 시점이 정해져 있어 이 컨소시엄은 2024년 3월 말로 활동을 종료했다.

② 오카야마 차세대전지 공창 컨소시엄

오카야마대학교를 중심으로 2020년에 설립된 이 컨소시엄은 소재, 모듈, 공정, 측정 등 각 분야의 중소기업 및 연구자가 공동연구를 수행하는 플랫폼이다. 참여 기업으로는 Alloy공업, WINGO TECHNOLOGY, Kyowa Fine Tech 등이 있으며, 기술 융합 기반의 지역 협력 사례로 평가된다.

③ 아이치(나고야 중심) 차세대 배터리 컨소시엄

아이치 차세대 배터리 컨소시엄은 일본 최대 자동차 산업 집적지인 아이치현 주도로 2024년 12월 설립되었다. 주력 분야는 세라믹 기반 산화물형 전고체전지이며, 산·학·관 협력 체계를 기반으로 운영되고 있다. 회장은 아이치현 지사가 맡고 있으며, 도요타, 덴소, 일본가이시, 일본특수도기, 파나소닉 에너지, 후루카와 배터리 등 민간 기업뿐 아니라 나고야대학교, NIMS, AIST 등 학술기관, 그리고 캐나다 총영사관, KOTRA 나고야무역관 등 해외 기관도 회원으로 참여하고 있다.

해당 컨소시엄은 주기적으로 세미나를 개최하고 있으며, 오는 9월에는 주 나고야 대한민국 총영사관, KOTRA, 아이치 컨소시엄이 공동으로 주최하는 상담회 및 세미나가 예정돼 있다. 이번 행사는 한국과 일본의 배터리 및 첨단 제조 기업이 참가해 수출 상담 및 협력 방안을 논의하는 자리로 마련될 예정이다.

아이치현 차세대 배터리 그룹 관계자 A씨는 다음과 같이 밝혔다. “전고체전지 개발에 있어 일본은 소재 및 평가 기술에, 한국은 양산 및 공정 역량에 강점을 갖고 있다. 양국이 소재 공동개발, 공정 표준화, 제3국 공동 진출 등의 분야에서 실질 협력을 확대해 나간다면, 전고체전지 분야에서 ‘전략적 파트너십’을 통해 글로벌 경쟁력을 확보할 수 있을 것이다.”라고 평가했다.

시사점

일본 경제산업성이 2022년에 발표한 계획에 따르면, 일본은 2025년에서 2027년 사이 시험 생산 단계를 넘어 초도 양산 단계에 진입할 것으로 예상된다. 도요타, 이데미츠, 혼다, 닛산 등 주요 완성차 업체들은 각각의 전략적 파트너십을 바탕으로 전고체전지 공급망을 구축하고 있어, 이들의 진척 상황을 주목할 필요가 있다. 특히 계면 저항 저감, 균일막 생산 기술, 제조 공정의 자동화 및 롤프레스 기술 등 주요 기술적 과제가 해결될 경우, 상용화 속도는 더욱 가속화될 것으로 전망된다. 한국은 양산 및 공정 분야에서 경쟁력을 갖춘 것으로 평가되고 있으며, 일본 전고체전지 산업의 진전과 함께 양국 간 협력도 더욱 확대될 것으로 기대된다.

자료: 닛케이, 일본 경제산업성, 신에너지산업기술종합개발기구, IDTechEx, 아이치현, 각 기업 홈페이지, KOTRA 나고야 무역관 정리