고용량 리튬메탈 음극의 계면 안정화를 위한 인공 보호층 설계

리튬메탈 음극의 특성과 계면 불안정성 메커니즘

리튬메탈은 가장 낮은 전기화학 전위(-3.04V vs SHE)와 최고의 이론 비용량(3860mAh/g)을 가진 궁극의 음극재료이다. 리튬의 밀도는 0.534g/cm³로 매우 낮아 부피 용량(2061mAh/cm³)도 실리콘(8334mAh/cm³)보다 낮지만, 전지 시스템 전체로 보면 집전체와 바인더가 불필요하여 실제 에너지밀도는 훨씬 높다. 기존 흑연 음극(372mAh/g) 대비 10배 이상의 용량으로, 500Wh/kg 이상의 고에너지밀도 배터리 구현이 가능하다. 또한 리튬메탈 음극을 사용하면 Li-S(2600Wh/kg), Li-air(11400Wh/kg) 등 차세대 배터리 시스템의 구현이 가능하여 전기항공기, 장거리 전기차 등의 응용이 열린다.

 

하지만 리튬메탈 음극은 심각한 계면 불안정성을 보인다. 리튬의 높은 반응성으로 인해 대부분의 전해액과 반응하여 SEI 층을 형성하지만, 이 층은 기계적으로 매우 취약하다. 충방전 과정에서 리튬의 석출과 용해가 반복되면서 부피 변화(이론적으로 무한대)가 발생하고, 이는 SEI 층의 반복적인 파괴와 재형성을 야기한다. 파괴된 부위에서는 신선한 리튬 표면이 노출되어 전해액과 지속적으로 반응하므로, 활성 리튬과 전해액이 계속 소모되어 쿨롱 효율이 급격히 감소한다. 일반적으로 리튬메탈 음극의 쿨롱 효율은 첫 사이클에서 60-80%에 불과하며, 이는 흑연 음극의 90-95%와 비교해 매우 낮다.

 

덴드라이트 형성은 리튬메탈 음극의 가장 심각한 문제이다. 리튬 석출 과정에서 표면의 불균일성, 전류밀도 분포, 이온 농도 구배 등으로 인해 국부적으로 높은 전기장이 형성되면, 이 부위에서 우선적인 리튬 석출이 일어나 수지상 구조가 성장한다. 덴드라이트는 높은 표면 에너지와 곡률로 인해 더욱 빠른 성장을 보이는 양의 피드백 메커니즘을 가진다. Sand's time τ = πDLi+C0²/2(j/F)² 공식에 따르면, 전류밀도 j가 증가할수록 덴드라이트 형성 시간이 급격히 단축되어 고속 충전 시 덴드라이트 위험이 크게 증가한다. 성장한 덴드라이트는 분리막을 관통하여 내부 단락을 일으킬 수 있어 안전성에 치명적이다.

 

무효 리튬(dead lithium) 형성도 중요한 문제이다. 충전 과정에서 석출된 리튬이 방전 시 완전히 용해되지 못하고 고립되면, 전기화학적으로 비활성인 무효 리튬이 된다. 이는 주로 덴드라이트가 기계적 스트레스나 전해액 부반응으로 인해 모재에서 분리될 때 발생한다. 무효 리튬은 용량 손실을 야기할 뿐만 아니라 SEI 층에 싸여 부피를 차지하여 전지 팽창의 원인이 된다. XPS 분석 결과, 100사이클 후 리튬메탈 음극 표면의 30-50%가 무효 리튬과 SEI 층으로 구성되는 것으로 나타났다. 이러한 무효 리튬은 활성 리튬 손실뿐만 아니라 이온 전도 경로 차단으로 인한 저항 증가도 야기한다.

 

리튬메탈과 전해액 간의 부반응은 지속적인 성능 저하를 초래한다. 카보네이트 전해액에서 리튬은 다음과 같은 반응을 겪는다: 2Li + EC → Li2CO3 + C2H4, Li + DMC → LiOCH3 + CH3·. 생성되는 SEI 층은 주로 Li2CO3, ROCO2Li, LiF 등으로 구성되지만 이온전도도가 낮고(10⁻⁸-10⁻⁶ S/cm) 기계적 강도가 약하다. 에테르 전해액에서는 상대적으로 안정하지만 여전히 Li2O, LiOH 등이 형성되어 저항을 증가시킬다. 특히 불순물(H2O, O2)의 존재는 부반응을 크게 가속화시켜 Li2O, LiOH 형성을 촉진한다. 1ppm의 수분도 리튬 표면에 LiOH 층을 형성하여 이온전도도를 10배 이상 감소시킬 수 있다.

무기물 기반 인공 SEI 층 설계 전략

LiF 기반 인공 보호층은 가장 유망한 접근법 중 하나이다. LiF는 높은 이온전도도(10⁻⁶ S/cm at 25°C), 우수한 기계적 강도(압축강도 > 100MPa), 그리고 전기화학적 안정성(분해전압 > 6V)을 가진다. 또한 LiF의 표면 에너지(0.39 J/m²)가 리튬(0.44 J/m²)보다 낮아 균일한 리튬 석출을 유도할 수 있다. 열증발법으로 제조된 10-50nm 두께의 LiF 층은 리튬 표면을 완전히 덮어 전해액과의 직접 접촉을 차단한다. 이러한 LiF 보호층을 가진 리튬메탈 음극은 첫 사이클 쿨롱 효율이 90% 이상으로 향상되고, 200사이클 후에도 용량 유지율 85% 이상을 보인다.

 

LiF 층 형성 방법으로는 물리적 증착, 화학적 처리, 전기화학적 형성 등이 있다. 물리적 증착에서는 전자빔 증발이나 스퍼터링으로 균일한 LiF 층을 형성할 수 있지만, 고비용과 대면적 적용의 어려움이 있다. 화학적 처리에서는 리튬 표면을 NH4F나 PolyF 용액에 담가 반응시킨다: Li + NH4F → LiF + NH3 + 1/2H2. 이 방법은 간단하고 저비용이지만 균일성 제어가 어렵다. 전기화학적 형성에서는 LiPF6 전해액에서 저전위 사이클링을 통해 LiF를 형성한다: LiPF6 + e⁻ → LiF + PF5. 형성된 LiF의 결정성과 치밀도는 전류밀도와 온도에 크게 의존하며, 0.1mA/cm², 0°C 조건에서 가장 우수한 품질을 얻을 수 있다.

 

Li3N 보호층은 LiF보다 높은 이온전도도(10⁻⁴ S/cm)를 가져 더 효과적인 보호를 제공한다. Li3N은 layered 구조를 가져 Li⁺ 이온이 층간을 쉽게 확산할 수 있으며, 전자 전도도는 매우 낮아(10⁻¹² S/cm) 전자 차단 효과가 우수하다. 질소 플라즈마나 N2 가스 분위기에서 리튬을 처리하여 형성할 수 있다: 6Li + N2 → 2Li3N. 형성 온도가 높을수록(200-400°C) 더 치밀한 Li3N 층이 만들어지지만, 과도한 온도는 리튬의 증발을 야기한다. 최적 조건은 250°C, 1시간 질소 처리로, 이때 5-15nm 두께의 균일한 Li3N 층이 형성된다.

 

Li2S 보호층은 Li-S 배터리에서 특히 효과적이다. Li2S는 높은 이온전도도(10⁻⁵ S/cm)와 함께 황과의 친화도가 높아 폴리설파이드 확산을 억제할 수 있다. S8 승화법으로 리튬 표면에 Li2S 층을 형성할 수 있다: 2Li + 1/8S8 → Li2S. 반응은 150-200°C에서 진행되며, 온도가 높을수록 빠른 반응이 일어나지만 균일성이 떨어질 수 있다. 최적화된 Li2S 층(두께 20-30nm)을 가진 리튬 음극은 Li-S 셀에서 초기 방전용량 1200mAh/g, 300사이클 후 용량 유지율 80%를 달성할 수 있다.

 

복합 무기물 보호층은 단일 성분의 한계를 극복할 수 있다. LiF-Li3N 이중층 구조에서 Li3N가 높은 이온전도도를, LiF가 기계적 안정성을 제공한다. 층간 계면에서 Li3N + 3LiF → 6Li⁺ + N³⁻ + 3F⁻ 평형이 형성되어 이온 전달이 촉진된다. LiF-Li2O 복합층에서는 Li2O의 높은 표면 에너지(1.18 J/m²)가 리튬 핵생성을 촉진하고, LiF가 안정성을 제공한다. 이러한 복합 보호층은 ALD(Atomic Layer Deposition)로 정밀하게 제조할 수 있으며, 각 층의 두께를 nm 단위로 제어 가능하다.

 

유기-무기 하이브리드 보호층 구조

폴리머-무기물 하이브리드 보호층은 유기물의 유연성과 무기물의 이온전도성을 결합한다. PEO(polyethylene oxide) 매트릭스에 Li3N 나노입자를 분산시킨 복합 보호층에서는 PEO가 기계적 완충 역할을 하고, Li3N이 이온 전도 경로를 제공한다. PEO의 에테르 산소는 Li⁺와 배위결합을 형성하여 이온 전도에 기여하며, 분자량 10⁵-10⁶의 고분자량 PEO가 가장 효과적이다. Li3N 함량은 20-40wt%가 최적이며, 이때 이온전도도 10⁻⁵ S/cm, 기계적 강도 10MPa를 달성할 수 있다.

 

PVDF-HFP(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene) 기반 하이브리드는 불소 함유로 인한 높은 전기화학적 안정성을 가진다. PVDF-HFP에 LiF 나노입자를 복합화하면 불소 간의 상호작용으로 계면 결합이 강화된다. 또한 PVDF-HFP의 결정-비정질 혼합 구조가 Li⁺ 이온 전도에 유리한 자유 부피를 제공한다. 최적 조성(PVDF-HFP 70%, LiF 30%)에서 이온전도도 2×10⁻⁵ S/cm, 영률 500MPa의 우수한 성능을 보인다.

 

PIB(polyisobutylene) 매트릭스는 우수한 기체 차단성(O2 투과도 < 1×10⁻¹⁸ cm²/s)을 가져 리튬 산화를 방지할 수 있다. PIB-Li2S 복합층에서는 PIB가 외부 수분과 산소를 차단하고, Li2S가 이온 전도를 담당한다. PIB의 낮은 유리전이온도(-70°C)로 인해 저온에서도 유연성을 유지하여 리튬의 부피 변화를 수용할 수 있다. 이 복합층은 -40°C에서도 안정한 성능을 보여 저온용 배터리 응용에 적합하다.

 

Sol-gel 기반 하이브리드 보호층은 분자 수준에서 유기-무기 네트워크를 형성한다. TEOS(tetraethyl orthosilicate)와 APTES(3-aminopropyltriethoxysilane)의 공중합으로 Si-O-Si 무기 네트워크와 아민 관능기를 동시에 가진 하이브리드를 제조할 수 있다. 아민기는 Li⁺와 배위결합을 형성하여 이온 전도에 기여하고, 실리카 네트워크는 기계적 안정성을 제공한다. 후처리로 리튬 염(LiTFSI)을 도입하면 이온전도도를 10⁻⁴ S/cm까지 향상시킬 수 있다.

 

자가치유(self-healing) 하이브리드 보호층은 미세 손상을 스스로 복구할 수 있다. 폴리우레탄에 Li3N을 복합화한 시스템에서는 수소결합과 van der Waals 힘에 의한 물리적 가교가 가역적 결합을 제공한다. 기계적 응력으로 결합이 절단되어도 분자 운동에 의해 다시 형성되어 손상을 자가 복구한다. 치유 효율은 온도에 의존하며, 60°C에서 95% 이상의 기계적 강도 회복을 보인다. Diels-Alder 반응을 이용한 화학적 자가치유 시스템도 개발되고 있으며, 이는 더 강한 결합력과 높은 치유 효율을 제공한다.

 

3차원 구조 집전체와 계면 엔지니어링

3D 집전체는 리튬 석출 표면적을 크게 증가시켜 전류밀도를 분산하고 덴드라이트 형성을 억제한다. 구리 폼(copper foam) 집전체는 80-95%의 높은 다공도와 50-200μm의 기공 크기를 가져 충분한 리튬 저장 공간을 제공한다. 표면적은 평면 집전체 대비 20-50배 증가하여 실효 전류밀도가 크게 감소한다. 1mA/cm² 조건에서도 실제 전류밀도는 0.02-0.05mA/cm²로 낮아져 덴드라이트 형성 위험이 현저히 줄어든다. 구리 폼의 제조는 폴리우레탄 폼을 주형으로 하는 전착법이나 탈합금법(dealloying)을 사용한다.

 

탄소나노튜브(CNT) 기반 3D 집전체는 우수한 전기전도도(10⁴-10⁶ S/cm)와 높은 종횡비(>1000)를 가진다. CVD법으로 성장시킨 수직 정렬 CNT 배열은 균일한 리튬 석출을 위한 이상적인 구조를 제공한다. CNT 직경(1-10nm)과 간격(10-100nm)을 조절하여 리튬 핵생성 사이트 밀도를 최적화할 수 있다. 리튬친화도 향상을 위해 CNT 표면을 질소 도핑하거나 산소 플라즈마 처리하여 관능기를 도입한다. N-도핑된 CNT는 질소의 전자공여 특성으로 인해 리튬 결합 에너지가 향상되어 더 균일한 석출을 유도한다.

 

그래핀 기반 3D 구조체는 높은 비표면적(2630m²/g)과 우수한 기계적 강도를 가진다. 그래핀 옥사이드의 화학적 환원으로 제조된 3D 그래핀 에어로겔은 초경량(밀도 < 10mg/cm³)이면서도 높은 전기전도도를 가진다. 표면의 잔존 산소 관능기(-OH, -COOH)는 리튬과의 화학적 결합을 향상시켜 접착력을 증가시킨다. 레이저 유도 그래핀(laser-induced graphene)은 폴리이미드 필름을 레이저로 직접 패터닝하여 제조하는 간단한 방법으로, 미세한 기공 구조와 높은 전도성을 동시에 구현할 수 있다.

 

리튬친화성 코팅은 집전체 표면의 리튬 핵생성 에너지를 감소시켜 균일한 석출을 유도한다. 금(Au) 나노입자 코팅은 리튬과 합금을 형성하여(Li-Au) 핵생성 장벽을 크게 낮춘다. Au 나노입자 크기가 작을수록(< 50nm) 더 많은 핵생성 사이트를 제공하여 효과가 크다. 은(Ag) 코팅도 유사한 효과를 보이지만 Au보다 저렴하여 실용적이다. Sn, Zn 같은 금속들도 리튬과 합금 형성 능력이 있어 코팅재로 사용된다.

 

인공 SEI와 3D 집전체의 결합은 상승 효과를 나타낸다. CNT 표면에 LiF 나노입자를 증착한 CNT-LiF 복합 집전체에서는 CNT가 구조적 지지체 역할을 하고, LiF가 계면 안정화를 담당한다. Li3N 코팅된 그래핀 폼에서는 그래핀의 높은 전도성과 Li3N의 이온전도성이 결합되어 매우 낮은 과전압(< 20mV)에서 리튬 석출이 가능하다. 이러한 복합 구조는 1000사이클 이상의 장기 안정성을 보이며, 평면 집전체 대비 20배 이상 향상된 수명을 달성한다.

 

계면 화학 제어와 첨가제 최적화

전해액 첨가제는 리튬메탈 표면에서 우선적으로 반응하여 안정한 SEI 층 형성을 유도한다. LiNO3는 가장 효과적인 리튬메탈용 첨가제로, 리튬 표면에서 환원되어 Li3N과 Li2O를 형성한다: LiNO3 + 8Li → Li3N + 3Li2O. 생성된 Li3N의 높은 이온전도도로 인해 균일한 리튬 석출이 촉진되고, 덴드라이트 성장이 억제된다. 최적 농도는 1-3wt%이며, 과량 사용 시 전해액 점도 증가와 저온 성능 저하가 발생할 수 있다. 하지만 LiNO3는 카보네이트 전해액에서 용해도가 낮아(< 0.1M) 에테르 전해액에서만 효과적이다.

 

FEC(fluoroethylene carbonate)는 카보네이트 전해액에서 사용 가능한 첨가제로, 리튬 표면에서 중합반응을 통해 LiF가 풍부한 SEI 층을 형성한다. FEC의 중합 반응: nFEC → -(CH2CHF-CO2-)n- + LiF는 저전위(< 1.5V)에서 진행되어 리튬 석출 전에 보호층을 형성한다. 생성되는 폴리머 매트릭스는 유연성을 제공하고, LiF는 기계적 강도와 이온전도성을 향상시킨다. FEC 농도 10-30%에서 최적 효과를 보이며, 쿨롱 효율을 85%에서 95%로 향상시킬 수 있다.

 

PS(prop-1-ene-1,3-sultone)는 설톤 고리의 개환 중합을 통해 유연하고 이온전도성이 우수한 SEI 층을 형성한다. 개환 반응: PS + Li+ → Li-O-SO2-CH2-CH(CH3)-O-Li+에서 생성되는 폴리설톤은 기계적 강도가 우수하고 전기화학적으로 안정하다. PS는 1-5% 농도에서 사용되며, LiNO3와 함께 사용 시 상승 효과를 보인다. 복합 첨가제(LiNO3 2% + PS 2%)는 단독 사용 대비 수명을 3배 이상 향상시킨다.

 

이온성 액체 첨가제는 매우 낮은 증기압과 높은 전기화학적 안정성을 가진다. Pyr14TFSI(1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)는 5-15% 농도로 첨가되어 SEI 층의 이온전도도를 향상시킨다. TFSI- 음이온이 리튬 표면에서 분해되어 LiF, Li2S, Li3N 등 복합 SEI 성분을 형성하며, 이들의 시너지 효과로 안정한 계면이 구성된다. 또한 이온성 액체의 높은 점도가 덴드라이트 성장을 물리적으로 억제하는 추가 효과도 있다.

 

고농도 전해액(HCE, High Concentration Electrolyte)은 염 농도를 3-5M까지 높여 용매 활성도를 감소시킨다. 고농도에서는 Li+-anion contact ion pair와 aggregate가 주를 이루어 자유 용매 분자가 거의 없어진다. 이로 인해 리튬 표면에서 용매 분해가 크게 억제되고, 음이온 분해가 우선적으로 일어나 anion-derived SEI가 형성된다. LiTFSI 4M 전해액에서는 TFSI- 분해로 형성된 LiF-Li3N-Li2S 복합 SEI가 매우 안정한 계면을 제공한다. 하지만 고농도로 인한 높은 점도(> 10cP)와 비용 증가가 단점이다.

 

국소 고농도 전해액(LHCE, Localized High Concentration Electrolyte)은 고농도 전해액에 희석용매를 첨가하여 점도를 낮추면서도 고농도의 장점을 유지한다. LiTFSI 4M + DME 1M + TTE(1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether) 3M 조성에서 Li+ 주변의 용매화 구조는 고농도와 유사하지만 전체 점도는 50% 감소한다. TTE는 Li+와 배위하지 않는 inert diluent 역할을 하여 용매화 구조를 변화시키지 않으면서 유동성만 향상시킨다.

 

 

성능 평가와 실용화 과제

리튬메탈 음극의 성능 평가는 다양한 지표를 종합적으로 고려해야 한다. 쿨롱 효율(CE)은 가장 중요한 지표로, 95% 이상을 실용화 기준으로 한다. CE = (방전용량/충전용량) × 100%로 정의되며, 낮은 CE는 활성 리튬 손실과 전해액 소모를 의미한다. 평균 CE 99.9% 이상을 1000사이클 유지해야 실용적인 수준이며, 이는 사이클당 0.1%의 활성 리튬 손실에 해당한다. 핵-성장 과전압(nucleation-growth overpotential)은 리튬 석출/용해의 가역성을 나타내며, 50mV 이하가 바람직하다.

 

전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 통한 계면 저항 분석이 중요하다. 고주파수 저항(Rs)은 전해액 저항을, 중주파수 저항(Rsei)은 SEI 층 저항을, 저주파수에서의 Warburg 임피던스는 확산 저항을 나타낸다. 인공 보호층이 적용된 리튬메탈 음극에서는 Rsei가 크게 감소하는데, LiF 보호층의 경우 100Ω·cm²에서 20Ω·cm²로, Li3N 보호층은 10Ω·cm² 이하까지 감소한다. 사이클링 과정에서 저항 증가율도 중요한 지표로, 월 10% 이하의 증가율을 목표로 한다.

 

형태학적 안정성 평가는 SEM, AFM, 광학 현미경을 통해 수행된다. 리튬 석출층의 표면 거칠기(Ra)는 AFM으로 정량화하며, 100nm 이하를 우수한 수준으로 평가한다. 덴드라이트 밀도와 높이는 SEM으로 측정하며, 통계적 분석을 위해 최소 10개 이상의 시야에서 100개 이상의 dendrite를 분석한다. 인공 보호층 적용 시 덴드라이트 밀도가 90% 이상 감소하고, 평균 높이도 1/5 수준으로 억제된다. 광학 현미경을 통한 실시간 관찰로 덴드라이트 성장 속도를 정량화하며, 보호층 적용 시 성장 속도가 10분의 1로 감소한다.

 

가스 크로마토그래피-질량분석(GC-MS)을 통한 부반응 생성물 분석도 중요하다. 리튬메탈과 전해액의 부반응으로 H2, C2H4, CO, CO2 등의 가스가 발생하며, 이들의 정량 분석으로 부반응 정도를 평가할 수 있다. 인공 보호층 적용 시 가스 발생량이 70-90% 감소하며, 이는 부반응 억제 효과를 직접적으로 보여준다. 특히 H2 발생량 감소는 수분과의 반응 억제를, CO2 감소는 카보네이트 전해액 분해 억제를 의미한다.

 

X선 광전자 분광법(XPS)을 통한 표면 화학 분석은 SEI 층 조성을 정량적으로 평가한다. Li 1s, C 1s, O 1s, F 1s 피크의 면적비로 Li2CO3, LiF, organic carbonates 등의 상대적 함량을 결정한다. 인공 보호층이 적용된 경우 무기 성분(LiF, Li3N, Li2O) 비율이 증가하고 유기 성분이 감소하여 더 안정한 SEI 조성을 보인다. 깊이 방향 분석(depth profiling)으로 보호층의 두께와 분포를 확인할 수 있으며, 균일한 보호층일수록 우수한 성능을 보인다.

 

실제 배터리 셀에서의 성능 검증이 최종 단계이다. Li||NCM811 full cell에서 첫 사이클 용량 효율 90% 이상, 300사이클 후 용량 유지율 80% 이상을 목표로 한다. 고용량(> 4mAh/cm²) 조건에서의 평가가 특히 중요하며, 이는 실제 전기차 배터리 수준에 해당한다. 안전성 평가에서는 nail penetration, overcharge, thermal abuse 등의 극한 조건에서 열폭주 발생 여부를 확인한다. 인공 보호층 적용 시 내부 단락 확률이 크게 감소하여 안전성이 향상된다.

 

제조 공정의 확장성과 경제성 분석도 실용화의 핵심이다. 물리적 증착법은 정밀한 제어가 가능하지만 처리 속도가 느리고(< 1m²/min) 장비 비용이 높다. 화학적 처리법은 대량 생산에 적합하지만(> 100m²/min) 균일성 제어가 어렵다. 최근 개발된 롤투롤 코팅법은 연속 공정으로 경제성과 생산성을 모두 만족시킬 수 있어 가장 유망하다. 보호층 재료 비용도 중요한 고려사항으로, LiF의 경우 kg당 10-20달러로 비교적 저렴하지만, 크라운 에테르나 이온성 액체는 kg당 수백 달러로 경제성이 제한적이다.

 

환경 및 안전 규제 준수도 실용화의 필수 요건이다. 보호층 제조 과정에서 사용되는 화학물질의 독성, 폐기물 처리, 작업자 안전 등을 종합적으로 고려해야 한다. 예를 들어, 불화수소산을 사용하는 LiF 형성 공정은 엄격한 안전 관리가 필요하며, 친환경 대체 공정 개발이 진행 중이다. 또한 리튬메탈 자체의 높은 반응성으로 인한 화재 위험성도 고려해야 하며, 불활성 가스 분위기에서의 제조와 보관이 필수적이다.

 

상용화 로드맵에서는 단계적 접근이 현실적이다. 1단계에서는 드론, 전기항공기 등 고에너지밀도가 필수적인 특수 응용에 우선 적용한다. 이들 분야는 높은 비용을 감수하더라도 성능 향상의 가치가 크다. 2단계에서는 프리미엄 전기차나 장거리 전기차에 적용하여 시장 검증과 기술 개선을 진행한다. 3단계에서는 대량 생산 체계를 구축하여 일반 전기차까지 확산시킨다. 전문가들은 2030년경 본격적인 상용화가 가능할 것으로 전망하며, 초기 시장 규모는 100억 달러 이상으로 예상된다.

 

표준화와 인증 체계 구축도 중요한 과제이다. 리튬메탈 배터리의 안전성 평가 기준, 성능 지표 정의, 시험 방법 등에 대한 국제 표준이 필요하다. IEC, ISO 등 국제 표준화 기구에서 관련 표준 제정이 진행 중이며, 각국 정부의 규제 프레임워크도 정비되고 있다. 운송, 저장, 폐기 단계에서의 안전 규정도 수립되어야 하며, 이는 리튬메탈 배터리의 상용화를 위한 필수 인프라이다.