서론
글로벌 자동차 산업은 전동화 전환을 가속화하고 있으나, 전기차의 발전은 여전히 두 가지 핵심 병목에 의해 제약받고 있다. 하나는 주행거리 불안이며, 다른 하나는 배터리 안전성에 대한 우려이다. 현재 주류를 이루는 액체 리튬이온전지는 에너지 밀도가 이미 이론적 한계에 근접하였고, 가연성 유기 전해질을 사용함에 따라 열폭주 발생 시 화재로 이어질 가능성이 매우 높다. 이러한 한계를 극복하기 위한 차세대 해법으로 전고체 전지가 주목받고 있다. 액체 전해질을 불연성 고체 전해질로 대체함으로써, 전고체 전지는 셀 에너지 밀도를 현재 약 260와트시킬로그램 수준에서 300~500와트시킬로그램 이상으로 끌어올릴 잠재력을 지니며, 누액이나 열폭주로 인한 화재 위험을 근본적으로 제거할 수 있다. 세계 주요 완성차 기업과 배터리 기업들이 경쟁적으로 투자에 나서면서 전고체 전지의 산업화는 가시권에 들어섰다.
변혁의 핵심: 고체로 재구성되는 에너지 저장
전고체 전지는 완전히 새로운 배터리 시스템은 아니다. 작동 원리는 성숙한 액체 리튬이온전지와 동일하게, 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 왕복 이동하는 이른바 ‘록킹체어 메커니즘’에 기반한다. 진정한 변화는 전지 내부의 핵심 요소에 있다. 액체 전해질과 분리막을 고체 전해질로 전면 대체하는 데에 그 본질이 있다.
표준적인 전고체 전지는 양극, 음극, 고체 전해질의 세 가지 기본 구성 요소로 이루어진다.
·양극 재료의 경우, 단기적으로는 고니켈 삼원계 재료가 계속 사용될 것이나, 장기적으로는 더 높은 용량을 갖는 리튬 과잉 망간계 재료가 발전 방향으로 제시된다.
·에너지 밀도의 비약적 향상을 위해서는 음극 재료의 진화가 핵심이다. 현재의 흑연 및 실리콘-탄소 음극에서 출발하여, 이론적 용량이 매우 높은 리튬 금속 음극으로 나아가는 것이 궁극적인 목표이다.
·고체 전해질은 이온 전도와 양극·음극의 절연이라는 이중 역할을 동시에 수행한다. 현재 주류 연구개발 경로는 고분자계, 산화물계, 황화물계의 세 가지로 구분된다.
전고체 전지는 장점만큼이나 도전 과제도 뚜렷하다. 핵심 강점은 높은 안전성과 높은 에너지 밀도이다.
고체 전해질은 불연성이며 누액이 없고, 리튬 덴드라이트의 관통을 효과적으로 억제하여 열폭주 위험을 크게 낮춘다. 동시에 고전압 양극 및 리튬 금속 음극과의 호환성이 높아 에너지 밀도의 도약을 가능하게 한다.
반면, 고체-고체 계면 접촉 문제로 인해 이온 전도 저항이 증가하여 충방전 속도와 수명 특성이 저하될 수 있다. 또한 액체 전지 대비 수 배에 이르는 높은 비용과, 계면 접촉 개선을 위한 등방가압 공정 등 복잡한 제조 공정은 대량 상용화를 가로막는 가장 큰 장애 요인이다.
표준의 정의: 기술 경로의 분수령
최근 몇 년간 ‘반고체 전지’라는 용어가 과도기적 개념으로 널리 사용되어 왔으며, 일반적으로 전해질 중 액체 성분이 5~10% 포함된 전지를 의미해 왔다. 그러나 기술 발전과 함께 이러한 모호한 정의는 산업 표준과 시장 판단 기준으로서 한계를 드러내고 있다.
2025년 12월 30일, 중국 최초의 「전기자동차용 전고체 전지」 국가표준이 공개 의견 수렴에 들어가며, 산업 전반에 명확하고 통일된 기술 기준을 제시하고 두 가지 핵심 변화를 도입하였다.
용어의 명확화: 반고체 전지의 퇴장
신규 국가표준은 먼저 용어 정의를 명확히 하였다. 전지 내부에서의 이온 전달 방식에 따라 전지를 액체 전지, 고액 혼합 전지, 전고체 전지의 세 가지로 명확히 구분한다.
이에 따라 기존에 사용되던 ‘반고체 전지’라는 표현은 국가표준 체계 내에서 보다 엄밀한 ‘고액 혼합 전지’로 대체되며, 기술적 본질이 명확히 규정된다.
정량 기준 강화: 질량 손실률 요건의 상향
더 중요한 변화는 전고체 전지 판정을 위한 정량적 기준의 강화이다. 신규 표준에 따르면 전고체 전지의 질량 손실률은 0.5%를 초과해서는 안 된다.
질량 손실률은 전지를 특정 조건에서 진공 건조한 후 감소한 질량을 초기 질량으로 나눈 값으로, 전지 내부에 포함된 액체 성분의 양을 직접적으로 반영한다.
이는 기존 중국자동차공정학회 단체표준에서 제시된 1% 기준보다 두 배 엄격한 수치이다. 그 목적은 여전히 비교적 많은 액체 전해질을 포함하고 성능 향상이 제한적인 고액 혼합 전지를 진정한 전고체 전지와 구별하기 위함이다. 산업 검증 시험 결과에 따르면, 현재 주류 전고체 전지 제품은 이미 0.5% 미만의 질량 손실률을 달성할 수 있는 수준에 도달해 있다.
미래 전망: 산업화 경쟁과 가치사슬 재편
이번 신표준은 단순한 기술 정의를 넘어 산업 발전 방향을 제시하는 강력한 지표이다. 향후 시장 경쟁은 엄격한 전고체 기준을 충족할 수 있는 기술 경로를 중심으로 전개될 것이며, 산업 구조 조정과 가치사슬 재편은 불가피하다.
그중에서도 황화물계 전해질은 액체 전해질에 가장 근접한 이온 전도도를 보유하여, 도요타, 닝더스다이, 비야디 등 주요 기업들의 핵심 전략 방향으로 부상하고 있다. 비용과 안정성 측면의 과제가 남아 있으나, 장기적으로는 주류 경로로 평가된다.
한편, 산화물계 및 고분자계 경로는 상대적으로 용이한 산업화를 강점으로 삼아 특정 응용 분야에서 입지를 확보할 가능성이 있다. 글로벌 완성차 기업들은 대체로 2027년에서 2030년을 전고체 전지의 본격적인 차량 탑재 시점으로 보고 있다.
결론
중국의 전고체 전지 국가표준이 확정됨에 따라, 산업은 모호한 ‘반고체’ 과도기를 마감하고 ‘진정한 전고체’를 향한 치열한 기술 경쟁 단계로 진입하게 된다. 반고체 전지라는 개념은 사라지고, 고액 혼합 전지와 전고체 전지 간의 경계는 명확해진다. 고체 전해질 핵심 소재, 리튬 금속 음극, 건식 전극 공정 등 핵심 기술을 확보한 기업이 새로운 가치사슬을 주도하게 될 것이다.
시장 적용 경로는 고급 모델에서 대중 모델로 확산되는 형태를 따른다. 전고체 전지는 우선 비용 민감도가 낮고 최고 성능을 추구하는 고급 차량에 적용된 후, 점차 보급형 시장으로 확대될 것이다. 이 새로운 표준의 시행과 함께, 재료 혁신을 중심으로 한 전기차 산업의 근본적 전환은 더욱 가속화되고 있다.
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