19세기 말, 전기차가 처음 등장하며 한때 널리 인기를 누렸다. 그러나 20세기에는 내연기관 기술의 발전과 석유 자원의 보급으로 인해 전기차는 수십 년간 주목받지 못했다. 21세기 초, 에너지 위기와 환경 보호에 대한 공감대, 그리고 리튬이온 배터리 기술의 성숙이 맞물리면서 전기차 산업은 부활을 맞이하였다. 테슬라와 같은 제조사는 전기차의 지능화와 고급화를 추진했고, 각국 정부의 보조금과 정책이 보급을 가속화하였다. 현재 전 세계 자동차 산업은 새로운 전동화 시대에 진입하고 있다.
중국에서는 지난 10년간 전기차 발전이 급격한 성장을 이루었다. 연간 생산량은 2012년 약 1만 3천 대에서 2018년 100만 대를 넘어섰고, 2024년에는 1,288.8만 대를 기록하며 연간 신에너지차 생산량 1천만 대를 돌파한 세계 최초 국가가 되었다. 이러한 성과는 정책 지원, 기술적 돌파(배터리 에너지 밀도 향상, 급속 충전 보급 등), 그리고 잘 구축된 공급망 덕분이다. 신에너지차 시장 점유율은 1% 미만에서 약 40%까지 상승하며, 전통 내연기관 차량을 연속으로 추월하였다. 이는 중국이 자동차 대국에서 자동차 강국으로 전환했음을 의미한다.
하지만 전기차 생산 규모가 급성장하는 뒤에는 안전 문제가 존재한다. 특히 전기차 화재 문제가 중요한 이슈로 떠오르고 있다.
본 문서에서는 여러 전기차 화재 사례와 원인을 소개하고, 전기차 배터리 화재의 잠재적 원인과 향후 화재 위험을 줄이기 위한 배터리 개선 방안을 분석한다.
그림 1. 다양한 차량 브랜드 화재 사진
·리샹(理想) 자동차: 2025년 10월 23일, 중국 상하이에서 정상 주행 중이던 리샹 MEGA 하부에서 불꽃이 발생하였으며, 차량은 빠르게 화염에 휩싸였다.
·샤오미(Xiaomi) 자동차: 2025년 10월 13일, 중국 쓰촨 청두에서 고속 주행 중이던 Xiaomi SU7가 제어를 잃고 녹지대에 충돌하며 차량이 화재에 휩싸였다.
·니오(NIO): 2025년 10월 13일, 중국 운남 다리에서 충돌 없이 운행 중인 NIO ET7이 이상한 소음을 내며 승객석에서 화재가 발생하였다.
·아바타 테크놀로지(Avatar Technology): 2025년 10월 5일, 중국 푸젠 닝더에서 주차 중인 Avatar 06이 조수석에서 갑자기 화재가 발생하였다.
·샤오펑(XPeng Motors): 2025년 1월 7일, 중국 산동 지난의 지하주차장에서 주차된 XPeng G3(단종)가 전방 구획에서 화재가 발생하였다.
·비야디(BYD): 2025년 9월 14일, 중국 베이징 공항 근처에서 운행 중이던 BYD Seal 06에서 공조구에서 연기와 타는 냄새가 발생한 후 화재가 발생하였다.
·AITO: 2024년 8월 27일, 중국 장시 간저우에서 충전 및 주차 중인 AITO M5가 전방에서 예기치 않게 화재가 발생하였다.
이들 사례의 화재 현상을 기반으로 원인을 예비적으로 추정할 수 있다. 리샹과 샤오미의 화재는 매우 강력하여 소화가 거의 불가능하며 차량 뼈대만 남았다. 일반적으로 리튬이온 배터리가 화재를 일으키면 불꽃이 빠르게 번지고 진압이 어렵다. 따라서 이 두 브랜드는 배터리 화재일 가능성이 높다. 다른 브랜드는 화재 발생 위치가 승객석 또는 전방 구획에 집중되어 있다. BYD 차량은 화재 전 타는 냄새가 발생하여, 차량 내부 다른 물품이 먼저 발화했을 가능성이 높다. 이후 공식 조사 결과도 대부분 이러한 추측과 일치한다. 샤오미 차량은 녹지대 충돌로 배터리 손상 및 화재가 발생하였다. 리샹 MEGA의 화재 원인은 공식 발표되지 않았으나, 매우 빠른 발화 속도(약 10초)로 미루어 배터리 팩 화재가 강하게 의심된다.
현재 전기차는 모두 리튬이온 배터리를 사용하며, 주로 두 가지 유형으로 나뉜다: 인산철(LFP) 배터리와 삼원계 리튬(NCM/NCA) 배터리이다. 두 종류 모두 화재의 근본 원인은 배터리 열 폭주이다.
차량이 충돌하면 충격이 배터리 구획으로 전달되어, 배터리 분리막 파손이나 외피 변형을 일으킬 수 있다. 이로 인해 양극과 음극이 직접 접촉하며 단락이 발생한다. 단락은 배터리 내부 온도를 급격히 상승시키며, 고온에서 전해질이 분해되어 가연성 가스를 생성한다. 흑연 음극이 고온에서 공기와 접촉하면 폭발 가능성도 존재한다. 배터리 팩은 수천 개의 셀로 구성되어 있어, 하나의 셀이 열 폭주하면 인접 셀로 연쇄 반응이 발생한다. 열 폭주가 제어 불가능한 임계치를 초과하면 화재가 빠르게 확산된다. 리튬 배터리에서 이러한 열 폭주는 되돌릴 수 없으며, 사고로 심하게 변형된 후에 주로 발생한다.
그러나 정상 주행 중 발생한 리샹 MEGA 배터리 화재는 더욱 위험하다. 운전자가 인지하지 못한 상태에서 차량 전체가 화염에 휩싸일 수 있으며, 사실상 탈출 시간이 거의 없다. 이는 모든 제조사가 배터리 출고 전 반드시 방지해야 하는 상황이다. 해당 사건은 전기차 동력 배터리 안전 테스트 기준이 실제 안전을 보장하기에는 여전히 부족함을 보여준다.
전기차 배터리 안전 개선 방법
배터리 화재의 주요 원인은 단락 또는 전해질 누출이며, 본질적으로 배터리 물리 구조가 파괴되는 상황이다. 예를 들어 외부 충격으로 집전체가 파손되거나, 내부 리튬 수지결정(덴드라이트)이 분리막을 관통하거나, 외피가 손상되어 전해질이 누출되는 경우다. 따라서 개선 방향은 다음 세 가지에 집중한다.
알루미늄 호일 표면에 고온 폴리머(PI, PET) 또는 세라믹(산화알루미늄)을 코팅하여 복합 호일을 만든다. 표면이 평활해지고, 버(burr)가 줄어들어 리튬 덴드라이트 성장을 억제한다. 다공성 세라믹을 사용하면 전해질 분포가 개선되어 국부적인 고전류 밀도로 인한 덴드라이트 성장을 방지한다. 제조사 테스트 결과, 개선된 배터리는 1C 속도로 500회 충방전 후 덴드라이트 길이가 약 40% 감소하였다. 복합 PI 알루미늄 호일은 순수 알루미늄 호일보다 인성이 높아 충격 시 관통을 완화하며, 집전체 파손으로 인한 내부 단락을 효과적으로 방지한다. 제조사 데이터에 따르면, 복합 알루미늄 호일 배터리는 못 관통 시험 시 전압 하강 지연 2~3초, 열 폭주 온도는 50℃ 이상 감소하였다. 세라믹 코팅은 고온에서 열 확산과 팽창을 지연시키고, 전해질 부식에도 강하다. 현재 CATL의 Qilin 배터리와 BYD의 Blade 배터리는 복합 알루미늄 호일을 적용하여 양산 중이며, 균일한 코팅을 위해 스퍼터링 공정을 사용해 공정 비용이 30% 이상 증가한다.
전해질 누출과 연소를 방지하기 위해 두 가지 주류 방법이 있다: 고체 전해질 개발과 불연성 인산에스터 기반 전해질 개발이다.
고체 전해질: 고체 상태 이온 전도체로, 불연성·비부식성·비휘발성을 특징으로 하며, 배터리 열 폭주 위험을 줄이고 안정성을 높인다. 높은 충전 전압을 견디며, 얇은 전해질 층 사용 가능으로 동일 부피에서 에너지 저장량을 늘리거나 안전 모듈 설계 공간 확보가 가능하다.
인산에스터 불연성 전해질: 미국, 일본, 한국, 중국 등에서 연구 중이며, 산업화 초기 단계다. 이 전해질은 불연성·고전압 내성을 가지며, 비용은 기존 탄산염 전해질보다 50~100% 높지만 고체 전해질보다 낮다. 기존 배터리 생산 장비를 활용할 수 있다.
셀 사이에 에어로겔 열 폭주 차단층을 설치하여, 초저열전도율로 열 전달 경로를 차단한다. 기존 절연재(운모, 0.2~0.6 W/m·K) 대비, 에어로겔 열전도율은 0.012~0.024 W/m·K이며, 열 전달 시간은 운모 대비 3배 이상 길다. 0.5mm 이상의 두께만으로 효율적 절연이 가능하다. 테스트 결과, 셀 하나가 열 폭주할 때 인접 셀 온도 상승은 약 60℃에 불과하다.
전기차가 점점 보편화됨에 따라, 수많은 화재 사례는 전기차 배터리 화재 및 폭발 위험을 무시할 수 없음을 보여준다. 따라서 배터리 안전 개선에 더욱 주의를 기울여야 한다. 과학자들은 고체 전해질, 불연성 인산에스터 전해질, 세라믹 코팅 복합 알루미늄 호일, 에어로겔 열 차단 등 기술 연구를 지속해야 한다. 이러한 개선에는 비용이 수반되지만, 안전의 중요성과 비교할 때 필수적인 투자이다.
열 폭주에 대해 더 알고 싶다면 《Thermal Runaway in Electric Vehicle Batteries》를 참고한다.
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