AI 시대에 달라진 배터리 시장, 삼성SDI의 ESS·LFP·전고체 전략

인공지능(AI) 기술이 빠르게 확산되면서 배터리 산업의 성장 방향도 달라지고 있다. 과거 배터리 기업의 주요 시장은 전기자동차였지만 이제는 데이터센터, 전력망, 에너지저장장치(ESS), 로봇, 웨어러블 기기 등으로 활용 범위가 넓어지는 모습이다. 특히 AI 데이터센터가 증가하면서 안정적인 전력 공급과 비상 상황에 대비한 저장장치의 중요성이 높아지고 있다.

삼성SDI 역시 이러한 산업 변화에 맞춰 기존 전기차 중심의 사업 구조에서 벗어나 다양한 수요처를 확보하는 전략을 추진하고 있다. 미국 현지 생산시설에서는 전기차용으로 준비했던 일부 생산라인을 ESS용으로 전환하고 있으며, LFP 배터리 생산도 본격화할 예정이다.

여기에 국내 소재 기업들과 장기 공급계약을 체결하면서 LFP 배터리의 생산 기반을 강화하고 있다. 동시에 차세대 기술로 평가받는 전고체 배터리는 전기차뿐 아니라 휴머노이드 로봇과 같은 피지컬 AI 분야까지 적용 영역을 확대하는 방향으로 개발되고 있다.

미국 캘리포니아 소재 삼성SDI ESS 시설 / 사진제공=삼성SDI

전기차 중심이던 생산시설, ESS 시장으로 영역 확대

삼성SDI의 배터리 사업에서 눈에 띄는 변화 중 하나는 미국 생산시설의 활용 방식이다. 삼성SDI와 스텔란티스가 미국에서 운영하는 합작법인 스타플러스에너지(SPE)는 전기차용 배터리 생산을 위해 구축된 시설을 활용하면서 ESS 시장에도 대응하고 있다.

일부 생산라인은 전기차 배터리에서 ESS용 배터리를 생산하는 방향으로 전환되고 있다. 인디애나주에 위치한 생산시설에서는 기존 삼원계 배터리 기술을 활용한 ESS 제품을 생산하고 있으며, 앞으로는 LFP 배터리까지 생산 제품군에 포함할 계획이다.

이는 단순히 생산품목 하나를 추가하는 의미에 그치지 않는다. 전기차 시장의 수요 변화에 대응하면서 동시에 성장성이 높은 ESS 시장을 확보할 수 있다는 점에서 의미가 있다.

ESS는 전기를 저장해 필요할 때 다시 사용하는 장치다. 태양광과 풍력처럼 발전량이 일정하지 않은 재생에너지의 활용도를 높이는 데도 사용되며, 전력망의 안정성을 확보하거나 대규모 시설의 비상전원으로 활용할 수 있다.

특히 AI 데이터센터가 빠르게 증가하면서 ESS에 대한 관심도 커지고 있다. 데이터센터는 수많은 서버와 냉각장치를 지속적으로 가동해야 하기 때문에 안정적인 전력 공급이 매우 중요하다. 전력 공급이 잠시라도 중단되면 서비스 장애뿐 아니라 데이터 손실과 시스템 운영 차질로 이어질 수 있기 때문이다.

이 때문에 배터리는 단순히 전기를 저장하는 장치를 넘어 데이터센터 운영의 안정성을 보조하는 핵심 설비로 주목받고 있다.

LFP 배터리로 미국 ESS 시장 공략 강화

삼성SDI가 ESS 사업을 확대하면서 함께 주목받는 기술이 LFP 배터리다. LFP는 리튬인산철을 양극재로 사용하는 배터리로, 삼원계 배터리와는 다른 특성을 갖는다.

일반적으로 LFP 배터리는 상대적으로 가격 경쟁력이 높고 열적 안정성이 우수하다는 평가를 받는다. 이러한 특성 때문에 장시간 에너지 저장이 필요한 ESS 분야에서 활용도가 높아지고 있다.

삼성SDI는 미국 생산시설에서 LFP 기반 ESS 배터리를 양산할 계획을 세우고 있다. 기존에 생산하던 NCA 계열 배터리에 LFP 제품을 추가하면 미국 시장에서 고객의 요구에 따라 다양한 배터리 제품을 공급할 수 있게 된다.

시장 확대를 위한 공급계약도 이어지고 있다. 삼성SDI는 미국 에너지 인프라 관련 기업들과 대규모 ESS 배터리 공급계약을 체결하면서 현지 사업 기반을 확보하고 있다. 이를 통해 미국에서 생산한 NCA 및 LFP 배터리를 장기간 공급하는 구조를 마련하고 있다.

이는 삼성SDI가 전기차 배터리 제조사라는 기존 이미지를 넘어 전력 인프라용 배터리 기업으로 사업 영역을 확장하려는 움직임으로 해석할 수 있다.

AI 데이터센터가 배터리 수요를 끌어올린다

AI 산업의 성장과 배터리 시장의 확대가 연결되는 가장 대표적인 분야가 데이터센터다.

생성형 AI와 대규모 AI 서비스가 확산되면서 고성능 서버에 대한 수요가 증가하고 있다. 서버가 많아질수록 데이터센터가 소비하는 전력 역시 증가한다. 국제에너지기구(IEA)는 AI 확산 등을 배경으로 전 세계 데이터센터 전력 소비가 크게 증가할 것으로 전망한 바 있다.

데이터센터에서 배터리는 여러 형태로 사용될 수 있다. 대표적인 것이 무정전전원장치(UPS)다. UPS는 외부 전력 공급에 문제가 발생했을 때 배터리를 이용해 필요한 전력을 일정 시간 공급함으로써 서버 시스템이 갑자기 꺼지는 것을 막아준다.

서버 내부 또는 주변에 설치되는 배터리 백업 유닛(BBU)도 중요한 역할을 한다. 전력 이상이 발생했을 때 서버에 필요한 전력을 보조해 데이터 손실이나 시스템 중단 가능성을 줄이는 방식이다.

삼성SDI는 이러한 데이터센터 시장을 겨냥해 UPS와 BBU용 배터리 제품을 확대하고 있다. ESS 역시 데이터센터의 전력 안정성과 효율적인 에너지 관리에 활용될 수 있어 향후 관련 시장에서 중요한 제품군으로 자리 잡을 가능성이 있다.

결국 AI 산업의 성장은 반도체와 서버뿐 아니라 전력망과 배터리 산업에도 새로운 수요를 만들어내고 있는 셈이다.

LFP 소재 확보에도 장기 전략 적용

배터리 생산을 확대하려면 셀 제조기술뿐 아니라 안정적인 소재 공급망을 확보하는 것도 중요하다. 삼성SDI는 LFP 배터리 생산 확대에 맞춰 국내 소재 기업들과 장기 공급계약을 체결하고 있다.

엘앤에프와는 LFP 양극재 공급을 위한 장기 협력에 나섰다. 미국 ESS 생산시설에서 사용할 배터리의 소재를 안정적으로 확보하기 위한 움직임이다.

포스코퓨처엠과의 협력 역시 확대되고 있다. 양사는 대규모 LFP 양극재 장기 공급계약을 체결하면서 향후 ESS용 배터리 생산에 필요한 소재를 확보하는 기반을 마련했다.

특히 삼성SDI와 포스코퓨처엠의 협력 범위는 특정 소재 하나에만 머물지 않는다. 기존 NCA 계열 양극재를 중심으로 한 협력에서 LFP 양극재로 영역을 넓히고, 향후에는 리튬망간산화물(LMO) 양극재와 인조흑연 음극재 등으로 협력을 확대할 가능성도 제시되고 있다.

배터리 산업에서는 원재료와 소재의 가격 변동, 공급 부족, 국제적인 공급망 변화가 생산비용과 사업 안정성에 직접적인 영향을 준다. 따라서 장기 공급계약은 안정적인 생산 기반을 확보하기 위한 중요한 수단이 될 수 있다.

데이터센터용 배터리는 새로운 성장축

삼성SDI가 데이터센터 시장을 중요하게 보는 이유는 전력 사용량 증가와 함께 고신뢰성 배터리에 대한 요구가 커지고 있기 때문이다.

일반적인 소비자용 배터리와 달리 데이터센터용 배터리는 안정적인 전력 공급 능력과 장기간의 신뢰성이 중요하다. 수많은 서버가 동시에 작동하는 환경에서는 짧은 시간의 전력 문제도 큰 장애로 이어질 수 있기 때문이다.

삼성SDI는 UPS, BBU, ESS 등 데이터센터 전력 인프라에 적용할 수 있는 다양한 제품군을 선보이고 있다. 또한 관련 전시회에서 배터리 셀뿐 아니라 시스템 형태의 제품을 함께 소개하며 데이터센터 사업자와의 접점을 넓히고 있다.

이는 배터리 제조사가 단순히 셀을 판매하는 방식에서 벗어나 전력 공급 시스템 전체를 고려하는 방향으로 사업을 확장하고 있다는 점에서도 의미가 있다.

AI 데이터센터의 증설이 계속된다면 이러한 전력 안정화 솔루션에 대한 수요 역시 장기적으로 증가할 가능성이 있다.

전고체 배터리는 로봇 시장까지 겨냥

삼성SDI의 차세대 배터리 전략에서 또 하나의 핵심 분야는 전고체 배터리다.

전고체 배터리는 기존 액체 전해질을 사용하는 배터리와 달리 고체 전해질을 사용하는 차세대 배터리 기술이다. 안전성 향상과 에너지 밀도 개선 등의 가능성 때문에 차세대 배터리 기술 가운데 하나로 주목받고 있다.

삼성SDI는 전고체 배터리의 상용화를 목표로 소재 기업과 협력을 강화하고 있다. 에코프로비엠과는 황화물계 전고체 배터리용 소재 개발을 위한 협력에 나섰으며, 소재 개발부터 품질 평가와 양산 체계 구축까지 협력 범위를 넓힐 계획이다.

전고체 배터리의 경쟁력은 셀 제조기술만으로 결정되는 것이 아니다. 양극재, 고체전해질, 전극 구조 등 여러 소재와 공정 기술이 함께 발전해야 한다. 따라서 소재 기업과 배터리 제조사 간의 공동 개발은 상용화 과정에서 중요한 역할을 할 수 있다.

삼성SDI는 전고체 배터리 양산을 2027년 하반기 목표로 개발을 진행하고 있다. 향후 기술이 안정적으로 상용화될 경우 전기차뿐 아니라 다양한 산업용 기기에 적용될 가능성이 있다.

휴머노이드 로봇과 피지컬 AI도 새로운 적용처

전고체 배터리의 활용 분야가 자동차에만 머물지 않는다는 점도 주목할 필요가 있다.

삼성SDI는 휴머노이드 로봇을 비롯한 피지컬 AI 분야를 겨냥한 파우치형 전고체 배터리 샘플을 공개한 바 있다. 로봇은 이동과 작업 과정에서 순간적으로 높은 출력을 요구할 수 있으며, 몸체 내부에 배터리를 넣어야 하기 때문에 공간 활용도 역시 중요하다.

휴머노이드 로봇이 사람과 비슷한 형태로 발전할수록 배터리의 크기와 무게, 출력 특성은 중요한 경쟁 요소가 될 수 있다. 배터리가 무거우면 로봇의 이동 효율이 떨어지고, 반대로 에너지 저장량이 부족하면 작업 시간이 짧아질 수 있다.

이 때문에 향후 로봇 산업이 본격적으로 성장하면 배터리 기술도 새로운 경쟁 요소가 될 가능성이 높다.

삼성SDI가 전고체 배터리의 적용 대상을 전기차에서 로봇으로 확대하는 것은 이러한 산업 변화를 고려한 전략으로 볼 수 있다. 여기에 항공 시스템과 웨어러블 기기 등으로 적용 분야를 넓히는 방안도 검토되고 있다.

자동차에서 에너지와 AI 산업으로 넓어지는 배터리 시장

삼성SDI의 최근 움직임을 종합하면 배터리 사업의 중심축이 조금씩 달라지고 있다는 점을 확인할 수 있다.

전기자동차는 여전히 중요한 시장이지만 배터리의 활용처가 자동차 하나에 집중되지 않고 있다. 미국에서는 전기차 생산시설을 활용해 ESS 수요에 대응하고 있으며, LFP 제품을 추가해 가격 경쟁력과 제품 선택 폭을 높이고 있다.

국내에서는 소재 기업과 장기 공급계약을 맺어 LFP 생산에 필요한 공급망을 강화하고 있다. 동시에 데이터센터의 UPS와 BBU, ESS 등 AI 시대의 전력 인프라를 겨냥한 제품군도 확대하고 있다.

미래를 위한 준비도 병행하고 있다. 전고체 배터리 개발을 통해 전기차뿐 아니라 휴머노이드 로봇과 웨어러블, 항공 분야 등 새로운 시장을 바라보고 있다.

결국 앞으로의 배터리 산업에서는 단순히 전기차 판매량만 보는 것보다 전력 인프라와 AI, 데이터센터, 로봇 등 새로운 산업이 배터리를 어떻게 필요로 하는지를 함께 살펴볼 필요가 있다.

AI 기술이 발전할수록 데이터센터의 전력 수요가 늘어나고, 전력 공급의 안정성을 확보하기 위한 ESS와 UPS의 중요성도 커질 수 있다. 로봇 산업이 성장하면 작고 가벼우면서 높은 출력과 안정성을 갖춘 차세대 배터리에 대한 요구가 증가할 가능성이 있다.

삼성SDI가 ESS용 LFP 배터리와 전고체 배터리에 동시에 투자하는 것도 이러한 변화에 대응하기 위한 것으로 볼 수 있다. 배터리 산업의 경쟁 무대가 자동차를 넘어 전력과 AI, 로봇으로 확장되는 가운데 삼성SDI가 새로운 시장에서 어떤 성과를 만들어낼지 관심이 커지고 있다.

FAQ

삼성SDI가 미국에서 ESS 배터리를 생산하는 이유는 무엇인가요?

미국에서 증가하는 ESS 수요에 대응하고 현지 생산 기반을 활용하기 위해서입니다. 기존 전기차 배터리 생산시설의 일부를 ESS용으로 활용하면 새로운 시장에 보다 유연하게 대응할 수 있다는 장점이 있습니다.

LFP 배터리는 어떤 특징을 가지고 있나요?

LFP 배터리는 리튬인산철을 양극재로 사용하는 배터리입니다. 일반적으로 가격 경쟁력과 열적 안정성이 장점으로 평가되며, 장시간 전력 저장이 필요한 ESS 분야에서 활용도가 높은 배터리 방식입니다.

AI 데이터센터에서 배터리는 어떤 역할을 하나요?

대표적으로 UPS와 BBU 등에 사용됩니다. 정전이나 순간적인 전력 이상이 발생했을 때 서버에 필요한 전력을 공급해 시스템 중단과 데이터 손실 가능성을 줄이는 역할을 합니다. ESS를 활용하면 전력 저장과 관리 측면에서도 도움을 받을 수 있습니다.

삼성SDI의 전고체 배터리는 로봇에도 사용될 수 있나요?

삼성SDI는 전기차뿐 아니라 휴머노이드 로봇 등 피지컬 AI 분야를 고려한 전고체 배터리 개발을 진행하고 있습니다. 로봇은 제한된 공간에서 높은 출력과 효율적인 에너지 사용이 요구되기 때문에 차세대 배터리의 주요 적용 분야 가운데 하나로 주목받고 있습니다.