전기차만큼이나 전고체 배터리 관련 뉴스가 넘친다. 양산 시점에 대해서 다양한 이야기가 나오고 있다. 배터리업계와 완성차업체간의 경쟁도 치열하다. 그렇다고 해도 양산을 통한 대중화에는 적지 않은 시간이 필요하다는 의견이 많다. 그럼에도 전기차의 보급 확대를 위해 필수적이기 때문에 배터리 업체는 물론이고 완성차업체들이 대대적인 투자를 통해 기술 개발에 힘을 쏟고 있다. 전기차 대중화의 핵인 배터리 기술의 발전이 그 다음 단계로의 진화도 가능하게 할 수 있기 때문이다. 모든 기술이 그랬듯이 몇 차례의 시행착오를 거칠 수도 있다. 전고체 배터리의 문제는 수율과 경제성이다. 노스볼트의 예에서 봤듯이 숙련된 전문 인력이 중요하다. 수익을 올리기 위해서는 그만큼의 투자도 필요하다. 그런 점에서 올해 1분기 순이익이 BYD와 지리, 체리 등 중국 주요 완성차 업체 7개사의 합산 이익을 넘어서는 재무 실적을 기록한 CATL이 부각되고 있다. 현 시점에서의 전고체 배터리 관련 이슈들을 정리해 본다.

글/채영석(글로벌오토뉴스 국장)

올 해 상반기에 획기적인 전고체 배터리 개발로 주목을 끈 업체가 있었다. CES 2026을 통해 나트륨 이온 기반 고체 배터리 기술로 전 세계 자동차 업계의 주목을 받았던 도넛 랩이다. 그런데 사실은 일반 리튬이온 배터리를 사용해 투자자들을 속였다는 증거가 제시되며 사기극으로 판명났다. 배터리 전문 조사 기관 지로스(Ziros)가 20여 명의 독립 전문가와 함께 수행한 종합 조사 결과, 도넛 랩이 주장한 배터리는 전기화학적 특성이 기존 리튬이온 셀과 완벽히 일치하는 것으로 드러났다.

도넛 랩은 CES 2026에서 에너지 밀도 400Wh/kg, 10만 회 사이클 수명, 5분 초 급속 충전이라는 불가능에 가까운 사양을 발표하며 기업 가치를 약 12억 5,000만 달러(약 1조 7,000억 원)까지 부풀렸다. 하지만 실제 측정된 에너지 밀도는 약 298Wh/kg으로 성능의 일반 리튬이온 배터리 수준에 그쳤다.

이번 사태는 과거 수소 트럭 사기극으로 불렸던 니콜라 사태를 연상시킨다는 비판을 받았다. 당시 도넛랩은 실험 데이터를 수 차례 발표하며 시장의 주목을 끌었다. 전고체 배터리라는 이슈가 그만큼 중요하다는 얘기다.



그런데 최근 세계 최대 배터리 업체인 CATL이 전기차용 전고체 배터리의 대량 양산은 2030년까지도 어려울 것이라는 신중론을 펼쳐 주목을 끌고 있다. 일부 완성차 업체와 스타트업들은 내년부터 양산이 가능하다며 상반된 주장을 펼치고 있다. 이 같은 시각 차이는 기술적 정의에 대한 마케팅적 해석과 상업적 대량 양산의 현실적 한계 사이에서 발생하고 있다는 것이 전문가들의 의견이다. .

업계 전문가들은 내년이나 후년을 기점으로 조기 출시를 공언하는 업체들의 기술 실체가 완전한 전고체가 아닌 액체 전해질을 일부 혼합한 반고체 배터리이거나, 특수 틈새시장을 겨냥한 소량 생산 제품일 가능성이 높다고 분석한다.

실제로 중국 니오나 에스볼트 등은 이미 액체 전해질 비중을 낮춘 반고체 배터리를 전기차에 탑재하며 시장 선점에 나서고 있다. 또한 광저우자동차 계열의 배터리 스타트업 등이 발표한 초기 양산 계획 역시 일반 보급형 전기차가 아닌 휴머노이드 로봇, 도심항공교통, 드론 등 배터리 가격 저항선이 낮고 초고밀도 성능이 필수적인 고 부가가치 시장용 GWh 미만급 파일럿 라인에 국한될 확률이 크다.

반면 CATL을 비롯한 글로벌 그룹이 2030년 대량 양산을 고수하는 배경에는 높은 소재 비용과 반도체 공정에 버금가는 제조 난이도라는 현실적인 엔지니어링 장벽이 자리 잡고 있다. 주류인 황화물계 전고체 배터리의 핵심 원료인 황화 리튬의 가격은 현재 기존 리튬이온 배터리 소재보다 수십 배 이상 비싸다. 중국 내 배터리 셀 가격이 Wh당 최소 2위안 이상으로 책정되는 탓에, Wh당 0.3~0.4위안 수준까지 떨어진 기존 LFP 배터리와 비교하면 일반 전기차 탑재 시 차량 가격 폭등이 불가피하다.

여기에 황화물계 소재가 수분과 반응할 때 발생하는 유독가스를 차단하기 위해 생산 라인 전체를 극단적인 진공 상태와 드라이룸으로 유지해야 하므로, 수십 GWh 규모의 대형 양산 공장에서 수율을 안정적으로 확보하는 데는 물리적인 시간이 필요하다는 지적이다.

현재 글로벌 전고체 시장은 기술력을 독자적으로 고수하는 한국 및 일본 진영과, 압도적인 자본 및 인프라를 바탕으로 속도전을 펼치는 중국 진영이 경쟁하고 있다. 국내 배터리 업계에서는 삼성SDI가 가장 표준적인 기술 리더십을 바탕으로 황화물계 전고체 배터리의 2027년 하반기 공식 양산 일정을 추진 중이다. 최근 인터배터리 전시회에서 로봇 및 피지컬 AI용 파우치형 샘플을 최초 공개하며 시장 확대를 예고했다.

LG에너지솔루션은 내구성과 장수명에 강점이 있는 산화물계 전고체와 황 양극 기반 기술을 병행 개발하며 차별화 노선을 구축하고 있다. 전통의 특허 강자인 일본 토요타 역시 2027~2028년 시범 탑재 차량 출시를 목표로 독자 생태계 구축에 속도를 내고 있다.

결국 현재 전고체 배터리 시장에서 나타나는 상용화 시기의 격차는 마케팅 관점에서의 기술 선점 선언과 내연기관차 수준의 경제성을 확보하는 완전한 대중 상용화 사이의 기준 차이에서 비롯된 것으로 보인다. 배터리 업계는 앞으로 1~2년간의 기술 검증 단계를 거쳐, 2028년 전후 프리미엄 전동화 모델 진입, 그리고 2030년 본격적인 대중화 단계로 이어지는 단계적 주기를 밟아갈 것이라고 전망하고 있다.



현 시점에서 전고체 배터리 관련 뉴스를 가장 많이 생산하는 것은 중국이다. 둥펑자동차는 올해 하반기부터 전고체 배터리 양산과 자동차 탑재를 본격화한다고 발표했다. 에너지 밀도 350Wh/kg에 달하는 차세대 전고체 배터리를 개발했으며, 이를 통해 1회 충전 시 1,000km 이상의 주행 거리를 확보할 것이라고 주장했다. 기술적으로는 산화물-폴리머 복합재 기술 노선을 채택했다. 이는 원자재 수급이 원활하고 기존 생산 설비와 호환성이 높아 단기간에 대량 생산 체제로 전환하기에 가장 현실적인 경로로 평가받는다. 둥펑은 전극부터 배터리 팩 통합에 이르기까지 핵심 기술을 100% 자립화했으며, 연구개발부터 시범 생산, 파일럿 라인까지 갖춘 종합 생산 기지를 구축해 양산을 준비 중이라고 강조하고 있다.

스텔란티스와 미국의 배터리 스타트업 팩토리얼 에너지는 공동 개발한 전동화 신기술을 탑재한 시험 차량의 공공 도로 주행 테스트를 북미 지역에서 시작했다고 발표했다. 연구실 내부와 제한된 실험실 환경에 머물던 고체 배터리 기술을 실제 양산형 차종 플랫폼에 통합해 도로 위로 끌어올린 첫 번째 사례라고 밝혔다.

스텔란티스 그룹 닷지 브랜드의 차저 데이토나 개발 차량에 탑재되어 테스트한 자료도 공개했다. 양사는 지난 4월, 해당 배터리 셀이 600회 이상의 충•방전 사이클을 거치면서도 kg당 375Wh에 달하는 고성능 에너지 밀도를 안정적으로 유지한다는 기술 검증을 완료한 바 있다고 주장했다. .

팩토리얼은 배터리 잔량 15%에서 90%까지 단 18분 만에 전력을 충전할 수 있다고 밝히고 있다. 영하 30도(°C)의 극저온부터 영상 45도에 이르는 극한의 온도 환경에서도 급격한 효율 저하 없이 고유의 성능을 발휘했다고 했다. 또한 최대 4C의 높은 방전율을 지원해 고성능 차량에 필요한 순간적인 고출력을 뿜어낸다.

스텔란티스 측은 최종 조립된 배터리 모듈은 스텔란티스의 대형 세그먼트 전용 전기차 아키텍처인 STLA 라지 플랫폼에 통합되어 주행 성능 및 안전성 최적화 작업을 수행 중이라고 밝혔다.

현재 팩토리얼은 스텔란티스 외에도 메르세데스 벤츠, 현대차그룹 등과도 기술 동맹을 맺고 고체 배터리 양산 체제 구축에 나서고 있다. 실제로 지난해 9월 메르세데스 벤츠는 팩토리얼의 FEST 셀을 탑재해 개조한 전기 플래그십 세단 EQS 시험 차량으로 단 한 번의 충전만으로 1,200km(745마일)가 넘는 장거리 주행에 성공한 바 있다.

전고체 배터리 개발에 가장 앞섰던 토요타는 2020년 올림픽을 계기로 출시를 선언했다가 무산됐다. 지금은 2030년을 상용화 시점으로 보고 있다. 퀀텀스케이프도 폭스바겐에 이어 혼다와도 협력해 상용화에 나서고 있다.



하지만 CATL은 전고체 배터리가 전기차 시장에 대량으로 채택되기까지는 아직 수년의 시간이 더 필요하며, 초기에는 고가의 프리미엄 자동차 플랫폼에만 제한적으로 탑재될 가능성이 높다고 밝혔다. 전기차용 전고체 배터리의 본격적인 상용화를 달성하기 위해서는 여전히 핵심적인 기술적 돌파구가 마련되어야 하며, 까다로운 제조 공정 매개변수들이 먼저 해결되어야 한다고 설명했다.

때문에 2030년 이전에는 시장이 기대하는 수준의 대량 양산 및 대중화가 현실적으로 어려울 것이라고 전망했다. 초기 양산 제품의 경우 배터리 단가가 매우 높아 최소 25만 위안(약 3만 2,000유로) 이상의 고급 차량 라인업에만 우선적으로 적용될 수 있을 것이라고 전망했다.

CATL은 자사의 전고체 배터리 기술은 총 9단계로 구성된 기술준비수준 척도 중 현재 4단계에 머물러 있고 밝혔다. 이는 전고체 기술이 아직 대규모 양산 궤도에 오르지 못하고 실험실 내부 검증 및 프로토타입 엔지니어링 개발 단계에 갇혀 있음을 의미한다. 다만 CATL은 지난 수년간 연구를 지속해 온 만큼, 오는 2027년까지 기술준비수준을 7~8단계로 끌어올려 최초의 소량 파일럿 생산을 시작하겠다는 단기 목표는 유지하고 있다.

대규모 투자를 가로막는 가장 큰 걸림돌은 역시 경제성이다. 전고체 배터리 라인 구축과 핵심 황화물 전해질 원료 공급망을 구축하는 데만 수조 원의 투자가 필요한 상황이다. 현재 황화물계 전고체 셀의 제조 비용은 기존 액체 전해질 기반 리튬이온 배터리보다 최소 3배에서 5배 이상 비싸다.

이 때문에 CATL은 단기적으로는 가격 경쟁력이 확보된 LFP 및 차세대 나트륨이온 배터리로 가성비 시장과 에너지저장장치(ESS) 수요를 확보하고, 전고체 배터리는 최고급 하이엔드 시장을 공략하는 투 트랙 전략을 구상하고 있다.

중국 자동차 업계는 전고체 배터리 국면에서 글로벌 기술 리더십을 빼앗기지 않기 위해 국가적 차원의 총력전을 펼치고 있다. 지난 2024년 초 중국 정부의 주도로 설립된 중국 전고체배터리 공동혁신 플랫폼 컨소시엄이 대표적이다. 여기에는 CATL을 필두로 CALB, 고션하이테크, EVE에너지, SVOLT, 그리고 BYD의 배터리 자회사인 핀드림스 등 시장에서 치열하게 점유율 싸움을 벌이던 경쟁사들이 대거 참여했다.

중국은 국가 지원을 통해 기초 과학 연구부터 핵심 소재 국산화, 전고체 전기차의 공동 개발 및 생산, 전용 부품 공급망 구축을 동시에 추진하며 2030년 글로벌 전고체 시장 주도권 장악을 목표로 움직이고 있다.

한편, 중국 과학원 회원이자 신에너지차 파워트레인 권위자인 오양 밍가오 칭화대 교수는 전고체 배터리가 시장 점유율 1%를 기록하는 데 향후 5년에서 10년이 걸릴 수 있다고 내다봤다. 이는 기술적 완성도가 차량 탑재로 이어지더라도, 대규모 양산과 시장 안착까지는 상당한 시차가 존재함을 시사한다.

전고체 배터리를 탑재한 시험 차량은 올 하반기에서 2027년 사이에 본격적으로 등장할 것으로 보인다. 중국의 체리 자동차는 에너지 밀도 400Wh/kg급 전고체 배터리를 공개하며 2027년 차량 시험 계획을 발표했고, 지리 역시 2026년 첫 배터리 팩 완성을 목표로 하고 있다. 하지만 오양 교수는 차량 탑재 시작이 곧 대규모 상업화를 의미하지 않는다며, 초기 배치 단계와 광범위한 시장 도입을 엄격히 구분해야 한다고 지적했다.

장기적인 채택 전망의 근거로는 여전히 해결되지 않은 기술적 과제들이 있다고 밍가오 교수는 지적했다. 특히 전고체 배터리가 기존 대비 안전성이 높지만 절대적으로 안전한 것은 아니라며, 초기 단계 기술의 안전성 평가가 여전히 진행 중임을 강조했다. 결국 제조 단가를 낮추기 위한 생산 규모 확대가 시장 확장의 최대 분수령이 될 것으로 보인다.

배터리와 전기차, 그리고 피지컬 AI를 통한 휴머노이드 로봇까지 자동차업계는 새로운 도전에 직면해 있다. 주가 측면에서는 다른 시각도 있겠지만 지금 중요한 것은 배터리와 전기차다.


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