中 CATL, 전고체 배터리 국제 특허 공개…‘꿈의 배터리’ 시장 선점 신호탄

CATL의 전고체 배터리 특허는 전기차 시장의 기술 경쟁을 가속화할 것으로 보인다 [사진: 셔터스톡]

[디지털투데이 홍진주 기자] 세계 최대 전기차 배터리 기업인 CATL이 차세대 전고체 전기차 배터리 시스템 관련 국제 특허를 공개하며 상용화 경쟁에 속도를 내고 있다.

11일(이하 현지시간) 전기차 매체 일렉트릭이 인용한 세계지식재산기구(World Intellectual Property Organization, WIPO) 발표 자료에 따르면, CATL은 '양극 시트, 전고체 배터리 셀, 배터리 장치 및 제조 방법’ 관련 특허를 출원했으며 해당 문서는 3월 5일 공개됐다. 이 특허는 전고체 배터리에서 안정성과 성능을 동시에 확보하기 위한 소재 구조와 작동 방식을 설명하고 있다.

특허의 핵심은 불소 함유 리튬염과 황화물 기반 고체 전해질을 활용한 양극 구조다. 불소 기반 리튬염은 고온에서도 안정적인 특성을 갖고 있으며, 황화물 고체 전해질은 분해 과정에서 리튬플루오라이드(LiF)를 생성해 고체 전해질층을 형성한다. 이 층은 배터리 내부에서 보호막 역할을 하며 음극과 전해질의 안정성을 높여 배터리 수명을 늘리고 충전 속도를 개선하는 데 기여한다.

CATL은 이미 에너지 밀도 500Wh/kg 수준의 전고체 배터리 파일럿 생산을 시작한 것으로 알려졌다. 이는 현재 상용 리튬이온 배터리보다 훨씬 높은 수준으로, 전기차의 주행 거리 확대와 안전성 개선에 중요한 기술로 평가된다.

회사 측은 전고체 배터리 상용화를 단계적으로 추진하고 있다. 카이 우(Wu Kai) CATL 수석 과학자는 자동차용 60Ah 셀 확장 기술을 중심으로 개발을 진행하고 있으며, 2027년 소규모 생산을 시작한 뒤 2030년 전후로 대량 생산에 들어갈 것으로 예상된다.

중국 정부도 전고체 배터리 상용화를 위한 제도 정비에 나서고 있다. 중국은 올해 7월 전고체 배터리 국가 표준을 발표할 예정이며, 이는 액체 배터리, 반고체 배터리, 전고체 배터리를 체계적으로 구분하는 기준이 될 전망이다.

전고체 배터리 경쟁은 글로벌 자동차 업계 전반으로 확대되고 있다. 토요타, 폭스바겐, BYD 등 주요 기업들도 비슷한 일정으로 전고체 배터리 개발을 진행하며 향후 1~2년 내 시범 생산을 시작하고 2030년경 대량 생산을 목표로 하고 있다.

실제 차량 테스트도 시작된 상태다. 메르세데스 벤츠는 전고체 배터리를 장착한 메르세데스 벤츠 EQS 시험 차량을 통해 한 번 충전으로 약 1205km 주행에 성공한 바 있다. 메르세데스의 기술 책임자인 마르쿠스 셰퍼(Markus Schäfer)는 이러한 배터리 기술이 전기차 산업의 게임 체인저가 될 수 있다고 평가했다.

다만 업계에서는 전고체 배터리가 전기차 배터리의 유일한 해답은 아니라는 시각도 있다. 나트륨이온 배터리와 LFP(리튬인산철) 배터리 등 다양한 배터리 화학 기술도 비용 효율성과 안정성을 기반으로 계속 발전할 것으로 전망된다.

전문가들은 전고체 배터리가 먼저 고급 전기차 모델에 적용된 뒤, 기술 성숙과 생산 비용 하락을 거치며 대중 시장으로 확산될 가능성이 높다고 보고 있다.