다음 세대를 향한 충전: 글로벌 리튬이온 및 전고체 전지 기술 지형에 대한 전략적 분석

다음 세대를 향한 충전: 글로벌 리튬이온 및 전고체 전지 기술 지형에 대한 전략적 분석

제 1장: 전략적 개요 및 미래 전망

1.1. 실행 요약: 임박한 패러다임 전환

현재 글로벌 배터리 시장은 중대한 변곡점에 서 있다. 리튬이온 기술은 성숙기에 접어들며 시장 지배력을 확립했지만, 차세대 전기차(EV)의 요구사항이 높아짐에 따라 안전성과 에너지 밀도 측면에서의 본질적인 한계가 점차 명확해지고 있다. 이에 따라 산업계는 성능의 비약적인 도약을 약속하지만, 동시에 중대한 기술적 및 제조상의 난제를 안고 있는 전고체 전지(All-Solid-State Batteries, ASSBs)로의 장기적인 전환을 준비하는 단계에 진입했다.1

이제 배터리 산업의 경쟁 구도는 단순한 제조 규모의 경쟁을 넘어섰다. 소재 과학, 공정 혁신, 공급망 통제, 그리고 국가 산업 정책이 복합적으로 얽힌 다차원적인 전략적 전쟁으로 진화하고 있다. 이러한 환경에서 미래 시장의 승자는 단순히 더 저렴한 배터리를 생산하는 기업이 아니라, 기술적 난제를 해결하고, 혁신적인 제조 공정을 선점하며, 지정학적 변수에 효과적으로 대응하여 안정적인 공급망을 구축하는 주체가 될 것이다. 본 보고서는 리튬이온 기술의 현주소부터 전고체 전지의 미래 가능성까지, 기술, 산업, 정책의 세 가지 축을 중심으로 심층 분석하여 미래 배터리 산업의 향방을 가늠하고, 관련 이해관계자들에게 통찰력 있는 전략적 방향을 제시하고자 한다.

1.2. 핵심 경쟁 분야 및 전략적 과제

본 보고서는 배터리 산업의 미래를 결정할 핵심적인 전략적 경쟁 분야를 다음과 같이 정의하고 심층적으로 분석한다.

• 기술 전선: 전고체 전지 상용화의 가장 큰 걸림돌로 꼽히는 세 가지 핵심 난제, 즉 낮은 이온전도도, 높은 계면 저항, 그리고 리튬 덴드라이트 형성 문제를 해결하기 위한 글로벌 기술 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 이는 단순한 성능 개선을 넘어, 차세대 배터리의 실현 가능성 자체를 결정하는 근본적인 과제이다.
• 기업 전선: 주요 기업들은 각기 다른 전략적 경로를 채택하며 미래 시장에 대비하고 있다. 삼성SDI와 같이 조기 시장 선점을 목표로 속도에 집중하는 전략, LG에너지솔루션처럼 기술적 완성도를 우선시하며 신중하게 접근하는 전략, 그리고 SK온과 같이 외부와의 협력을 통해 리스크를 분산하는 전략이 공존한다. 동시에 토요타, 폭스바겐과 같은 완성차 OEM들은 배터리 기술 내재화를 통해 공급망의 주도권을 확보하려는 움직임을 가속화하고 있다.
• 지정학적 전선: 주요국들은 배터리를 국가 안보 및 경제의 핵심 요소로 인식하고, 자국 중심의 공급망 구축과 기술 패권 확보를 위해 명시적인 산업 정책을 강력하게 추진하고 있다. 미국의 인플레이션 감축법(IRA) 및 초당적 인프라법(BIL), 중국의 전고체전지 혁신 플랫폼(CASIP) 및 대규모 보조금 정책, 일본의 축전지 산업 전략, 그리고 한국의 이차전지 산업 혁신 전략은 이러한 지정학적 경쟁의 구체적인 발현이다.

이러한 다층적 경쟁 구도 속에서 모든 이해관계자가 직면한 최우선 전략 과제는, 여전히 막대한 수익을 창출하고 있는 리튬이온 시장에서의 기회를 극대화하는 동시에, 상용화 시점의 불확실성이 큰 전고체 전지 기술 전환 과정에서의 리스크를 효과적으로 관리하는 것이다. 이는 현재의 수익성과 미래의 성장성 사이에서 정교한 균형을 요구하는 고도의 전략적 의사결정을 필요로 한다.

제 2장: 기술적 전환점: 리튬이온의 지배에서 전고체 전지의 지평으로

2.1. 리튬이온 기술: 현존하는 최강자

리튬이온 배터리는 액체 전해질, 흑연 음극, 그리고 층상 구조의 산화물 양극으로 구성된 아키텍처를 기반으로 한다. 수십 년에 걸친 최적화와 성숙하고 확장 가능한 제조 생태계 덕분에, 이 기술은 현재 모바일 기기부터 전기차에 이르기까지 전력 저장 시장을 완벽하게 지배하고 있다.2

현재 리튬이온 기술 개발의 초점은 기존 아키텍처의 성능을 극한까지 끌어올리는 점진적 혁신에 맞춰져 있다. 대표적인 예로, 에너지 밀도를 높이기 위해 양극재의 니켈 함량을 극대화하는 하이니켈(High-Ni) 기술(NCM/NCA/NCMA)과 흑연 음극에 실리콘(Si)을 첨가하여 리튬 저장 용량을 늘리는 기술이 상용화되고 있다.5 이러한 노력들은 성숙한 기술의 마지막 최적화 단계를 대표하며, 물리적 한계에 점차 가까워지고 있음을 시사한다.

2.2. 전고체 전지: 근본적인 혁명

전고체 전지의 핵심 개념은 기존 리튬이온 배터리의 가연성 유기 액체 전해질을 불연성의 고체 이온 전도성 물질로 대체하는 것이다.4 이 단 하나의 변화가 전고체 전지가 가진 모든 잠재적 이점과 동시에 기술적 난제의 근원이 된다.

이러한 전환은 단순히 부품 하나를 교체하는 수준을 넘어선다. 이는 배터리 셀의 설계 철학 자체를 근본적으로 바꾸는 것으로, 전해질 소재 선택부터 전극 구조, 셀 제조 공정에 이르기까지 배터리 가치 사슬 전반에 걸친 패러다임 전환을 의미한다. 따라서 전고체 전지의 등장은 점진적 개선이 아닌, 배터리 산업의 지형을 완전히 재편할 수 있는 파괴적 혁신으로 평가된다.

2.3. 기술 비교 분석: 전략적 평가

리튬이온과 전고체 전지의 기술적 특성을 비교 분석하는 것은 단순한 성능 지표의 나열을 넘어, 각 기술이 갖는 전략적 의미를 파악하는 데 중점을 두어야 한다.

• 에너지 밀도: 현재 리튬이온 배터리의 에너지 밀도는 160-250 Wh/kg 수준에 머물러 있는 반면, 전고체 전지는 이론적으로 250-800 Wh/kg까지 구현 가능할 것으로 기대된다.4 이러한 비약적인 향상은 단순히 주행거리를 늘리는 것을 넘어, 800km 이상 주행 가능한 전기차나 장거리 전기 항공기와 같은 새로운 애플리케이션의 등장을 가능하게 하는 변혁적인 잠재력을 지닌다.7
• 안전성: 전고체 전지 개발의 가장 강력한 동기 중 하나이다. 리튬이온 배터리의 액체 전해질은 인화성을 가지고 있어 열폭주(thermal runaway) 및 화재 위험의 근본적인 원인이 된다.4 불연성 고체 전해질을 사용하는 전고체 전지는 이러한 위험을 원천적으로 차단하도록 설계되었다. 이는 전기차에 대한 소비자의 신뢰를 확보하고 규제 장벽을 낮추는 데 결정적인 역할을 할 수 있다.
• 수명 및 내구성: 고체 전해질은 액체 전해질처럼 시간이 지남에 따라 분해되는 현상이 적어, 전고체 전지는 리튬이온 배터리보다 더 긴 수명을 가질 것으로 예상된다.4 이는 배터리의 교체 주기를 늘려 전기차의 총 소유 비용(TCO)을 절감하는 데 기여할 수 있다.
• 충전 속도: 일부 고체 전해질이 보이는 높은 이온전도도와 고에너지밀도의 리튬 메탈 음극 적용 가능성은 충전 시간을 획기적으로 단축시킬 잠재력을 가진다. 폭스바겐의 파트너사인 퀀텀스케이프(QuantumScape)는 기존 배터리 대비 충전 성능을 크게 개선한 결과를 시연한 바 있으며 8, 이는 전기차 사용 편의성을 극대화하는 핵심 요소가 될 것이다.9
• 생산 비용 및 확장성: 리튬이온 배터리는 막대한 규모의 경제를 통해 현재로서는 훨씬 저렴한 생산 비용을 자랑한다.4 반면, 전고체 전지는 고순도의 원자재와 복잡한 제조 공정으로 인해 초기 생산 비용이 매우 높을 것으로 예상된다.1 전고체 전지가 리튬이온 배터리와 가격 경쟁력을 갖추는 것은 상용화의 가장 중요한 과제 중 하나이다.

다음 표는 두 기술의 핵심 특성을 전략적 관점에서 비교 분석한 것이다.

표 1: 리튬이온 전지 vs. 전고체 전지 기술 비교 분석

특성	리튬이온 전지 (현황)	전고체 전지 (목표)	전략적 시사점
에너지 밀도	160-250 Wh/kg	250-800 Wh/kg	1회 충전 주행거리 800km 이상 EV, 전기 항공 등 신규 시장 창출 가능
안전성	가연성 액체 전해질로 인한 열폭주 및 화재 위험 존재	불연성 고체 전해질로 원천적 안전성 확보	소비자 신뢰도 향상, EV 보험료 인하, 안전 관련 규제 완화, 브랜드 평판 제고
수명	충방전 반복 시 성능 저하 발생	액체 전해질 대비 느린 열화로 수명 연장	배터리 교체 주기 연장, 중고 EV 가치 상승, 총 소유 비용(TCO) 절감
충전 속도	고속 충전 기술 발전 중이나 한계 존재	리튬 메탈 음극 적용 시 획기적 단축 가능 (예: 15분 내 80% 충전)	내연기관차 수준의 충전 편의성 확보, 충전 인프라 부담 완화
생산 비용	규모의 경제로 비용 경쟁력 확보	초기 생산 비용이 매우 높음	가격 경쟁력 확보가 상용화의 최대 관건, 제조 공정 혁신이 필수적
확장성	성숙한 글로벌 제조 인프라 구축 완료	대량 생산 기술 및 공급망 미성숙	기존 인프라 활용 가능 여부가 초기 확장 속도를 결정

이 비교를 통해 명확해지는 점은, 전고체 전지에 대한 막대한 글로벌 투자가 단순한 성능 개선을 넘어 배터리 산업의 근본적인 패러다임을 바꾸려는 전략적 의도에 기반하고 있다는 것이다. 안전성 향상이 가져올 규제 및 비용 절감, 에너지 밀도 증가가 열어줄 새로운 시장, 그리고 충전 속도 개선이 가져올 사용자 경험의 혁신은 기술적 지표를 넘어 명백한 비즈니스 가치를 창출한다.

제 3장: 전고체 전지의 난제 해부: 소재, 계면, 그리고 제조

3.1. 핵심 과제: 고체 전해질 개발

전고체 전지 상용화의 성패는 액체만큼 리튬 이온을 빠르고 안정적으로 전도하는 고체 물질을 개발하는 데 달려있다. 어떤 종류의 고체 전해질을 선택하느냐는 기업의 전체 연구개발 및 제조 전략 방향을 결정하는 중대한 선택이다.

• 황화물계(Sulfide-based): 현재 고성능 전기차용 전고체 전지 개발의 선두주자로 꼽힌다. 액체 전해질에 필적하는 높은 이온전도도를 보이며, 상대적으로 무른 특성 덕분에 별도의 고온 소결 공정 없이 압착만으로 전극과 쉽게 접합될 수 있다는 가공성의 장점을 가진다.10 삼성SDI, 토요타 등 주요 기업들이 이 방식을 채택하고 있다. 그러나 치명적인 단점도 존재한다. 대기 중의 수분과 반응하여 유독성 가스인 황화수소($H_2S$)를 발생시키므로 극도로 건조한 환경에서 제조해야 하며, 전극 소재와의 화학적 반응성이 높아 계면 저항을 유발하는 문제가 있다.11
• 산화물계(Oxide-based): 화학적으로 매우 안정적이고 기계적 강도가 뛰어나며, 유독 가스를 생성하지 않아 안전성 측면에서 큰 장점을 가진다.12 하지만 소재 입자 간의 경계(grain boundary)에서 발생하는 저항이 커 황화물계보다 이온전도도가 낮다는 근본적인 한계가 있다. 또한, 단단하고 부서지기 쉬운 세라믹 특성 때문에 기존의 롤투롤(roll-to-roll) 공정 적용이 어렵고, 1,000°C 이상의 고온 소결 공정이 필요해 제조 비용과 복잡성을 크게 증가시킨다.12
• 고분자계(Polymer-based): 유연성이 뛰어나고 기존 리튬이온 배터리 공정을 활용하기 용이하다는 장점이 있다. 그러나 상온에서의 이온전도도가 너무 낮아 고출력을 요구하는 전기차용으로는 부적합하다는 평가를 받는다. 주로 산화물이나 황화물계 무기물과 혼합하여 기계적 특성을 보완하는 하이브리드 전해질 형태로 연구되고 있다.13

이러한 소재별 특성은 기업들이 '전해질 트릴레마(Trilemma)'에 직면해 있음을 보여준다. 현재로서는 성능(이온전도도), 안전성/안정성, 그리고 제조 용이성이라는 세 가지 핵심 요소를 동시에 완벽하게 만족시키는 단일 소재는 존재하지 않는다. 황화물계는 성능과 제조 용이성을 선택한 대신 안전성/안정성 문제를 해결해야 하는 과제를 안고 있으며, 산화물계는 안전성/안정성을 확보했지만 성능과 제조 용이성이라는 두 가지 큰 산을 넘어야 한다. 따라서 특정 전해질 기술에 집중하는 기업의 선택은, 어떤 기술적 난제를 먼저 해결할 수 있을지에 대한 고위험-고수익의 전략적 베팅이라고 해석할 수 있다. 삼성SDI와 토요타가 황화물계에 집중하는 것은, 산화물계의 근본적인 성능 및 공정 문제를 해결하는 것보다 황화물계의 안전성 문제를 공학적으로 해결하는 것이 더 빠를 것이라는 판단에 기반한 전략이다.

표 2: 고체 전해질 소재별 특성 비교

소재 유형	이온전도도 (S/cm)	장점	단점	주요 개발 기업/기관	상용화 전망
황화물계	$10^{-3}$ ~ $10^{-2}$	높은 이온전도도, 우수한 가공성 (저온 압착 가능)	수분 반응 시 유독가스($H_2S$) 발생, 전극과의 높은 반응성, 높은 계면 저항	삼성SDI, 토요타, LG에너지솔루션, SK온(Solid Power 협력)	고성능 EV용으로 가장 유력, 2027-2030년 목표
산화물계	$10^{-4}$ ~ $10^{-3}$	높은 화학적/기계적 안정성, 넓은 전위창, 대기 안정성	낮은 이온전도도 (입계 저항), 취성(brittleness), 고온 소결 공정 필요	무라타, TDK, 덕산테코피아(세븐킹에너지)	소형 전자기기용으로 일부 상용화, EV용은 장기 과제
고분자계	$10^{-5}$ 이하 (상온)	유연성, 우수한 계면 접착력, 기존 공정 활용 용이	낮은 이온전도도, 좁은 전위창, 고온에서만 작동	LG에너지솔루션 (하이브리드), Bolloré	단독 사용보다 하이브리드 형태로 적용될 가능성 높음

3.2. 핵심 난제 극복: 상용화를 위한 과학

전고체 전지가 실험실을 넘어 시장에 출시되기 위해서는 반드시 해결해야 할 세 가지 중대한 기술적 장벽이 있다.

• 이온전도도 향상: 황화물계가 유망하지만, 실제 구동 환경에서 모든 고체 전해질은 여전히 액체 전해질의 성능에 미치지 못한다. 최근 연구는 단순히 새로운 물질을 찾는 것을 넘어, 기존 물질의 원자 단위 동적 특성을 정밀하게 제어하는 방향으로 나아가고 있다. 예를 들어, 고려대학교 연구팀은 고체 격자 내 원자의 불규칙한 진동인 '비조화 포논(anharmonic phonon)'을 제어하여 이온의 이동성을 높이는 새로운 전략을 제시했다.15 또한, '단일 용매 습식 공정'과 같은 새로운 합성법을 통해 소재의 조성을 최적화하고 성능을 한계 이상으로 끌어올리려는 연구도 진행 중이다.17
• 계면 저항 문제 해결: 고체인 전극 입자와 고체인 전해질 입자 사이의 접촉은 불완전할 수밖에 없으며, 이로 인해 발생하는 높은 저항은 이온의 흐름을 방해하여 배터리 성능을 급격히 저하시킨다.18 이 문제를 해결하기 위해 세계적인 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)' 등에 발표된 연구들은 전극 입자 표면에 나노미터 두께의 특수 코팅층을 형성하거나, 셀 조립 시 막대한 압력을 가하는 방법, 그리고 충방전 시에도 전극과 전해질의 접촉을 유지할 수 있도록 막대형 입자를 방사형으로 배열하는 등 새로운 전극 구조를 설계하는 방안을 제시하고 있다.7
• 리튬 덴드라이트 억제: 전고체 전지의 에너지 밀도를 극대화하기 위한 핵심은 고용량의 리튬 메탈 음극을 사용하는 것이다. 그러나 충전 과정에서 리튬이 나뭇가지 모양의 결정(덴드라이트)으로 성장하여 고체 전해질을 뚫고 양극과 접촉하면 내부 단락을 일으켜 전지 수명을 단축시키거나 안전 문제를 야기할 수 있다.1 '파워 소스 저널(Journal of Power Sources)' 등에서 논의된 연구들은 이 문제를 해결하기 위해 다양한 접근법을 탐구하고 있다. 여기에는 유연하거나 기계적으로 강건한 고체 전해질 계면(SEI) 보호층을 인공적으로 형성하는 방법, 정전기적 반발력을 이용해 덴드라이트 성장을 막는 방법, 그리고 음극 표면을 미세하게 패터닝하여 리튬이 균일하게 증착되도록 유도하는 기술 등이 포함된다.21

3.3. 제조 혁명: 건식 전극 공정으로의 전환

기존의 배터리 전극 제조 방식인 '습식 공정'은 활물질, 바인더, 도전재를 유독성 유기 용매에 섞어 슬러리를 만든 후, 이를 집전체(금속박)에 얇게 바르고 거대한 오븐에서 건조시키는 복잡하고 에너지 소모가 큰 방식이다.

이에 대한 대안으로 떠오르는 '건식 전극 공정'은 용매를 완전히 배제하는 혁신적인 기술이다. 원재료들을 건조한 분말 상태로 혼합한 뒤, 라미네이션(필름화 후 부착)이나 분체 코팅(직접 분사 후 압착)과 같은 방식으로 집전체에 직접 부착한다.23

이 기술의 전략적 중요성은 매우 크다. 건식 공정은 제조 비용을 17~30% 절감하고, 공장 부지와 에너지 소비를 획기적으로 줄일 수 있다.23 또한, 용매 건조 과정에서 발생하는 불균일 현상이 없어 더 두껍고 균일한 전극을 만들 수 있어 배터리의 에너지 밀도를 추가적으로 향상시킬 수 있다.26 특히, 본질적으로 건조한 환경에서 진행되는 전고체 전지 제조 공정과는 매우 높은 시너지를 가진다.

이러한 제조 공정의 변화는 단순한 원가 절감을 넘어 경쟁의 판도를 바꿀 수 있는 잠재력을 지닌다. 현재 중국이 리튬이온 시장에서 가진 압도적인 지배력은 습식 공정에서의 대규모 생산 능력과 원가 경쟁력에 기반한다. 건식 공정이라는 새로운 기술 패러다임으로의 전환은 이러한 기존의 경쟁 우위를 무력화하고, 기술을 먼저 선점하는 기업에게 '퀀텀 점프'의 기회를 제공할 수 있다. 이는 차세대 배터리 경쟁이 단순히 소재 과학의 경쟁이 아니라, 제조 및 공정 엔지니어링의 경쟁이기도 함을 명확히 보여준다. LG에너지솔루션과 같은 선도 기업들이 이 기술 연구에 적극적으로 투자하는 것은 바로 이러한 전략적 중요성을 인지하고 있기 때문이다.26

제 4장: 대한민국 배터리 생태계 종합 분석

4.1. R&D 파워하우스: 혁신의 기반

대한민국의 배터리 산업 경쟁력은 학계, 국책 연구소, 그리고 기업이 긴밀하게 연결된 강력한 R&D 생태계에서 비롯된다. 서울대학교, 연세대학교, 고려대학교, KAIST, POSTECH과 같은 국내 유수 대학들은 정부가 지원하는 '이차전지 특성화 대학원' 사업 등을 통해 기초 연구 수행과 핵심 인재 양성의 중추적인 역할을 담당하고 있다.27

또한, 한국과학기술연구원(KIST), 한국전자기술연구원(KETI), 한국전기연구원(KERI), 한국에너지기술연구원(KIER) 등 국책 연구기관들은 대규모 정부 R&D 프로젝트를 주도하며 학계의 기초 연구 성과와 산업계의 상용화 기술 사이의 가교 역할을 수행한다.28 이들 기관이 수행하는 정부 연구 과제 수는 서울대 302건, KIST 289건 등에 달하며, 이는 국가 차원에서 배터리 기술 개발에 얼마나 막대한 자원이 투입되고 있는지를 보여준다.28

4.2. 'K-배터리' 챔피언: 기업 전략 및 가치 사슬

4.2.1. 셀 제조 3사의 전고체 전지를 향한 각기 다른 여정

• 삼성SDI: 국내 3사 중 가장 공격적으로 전고체 전지 시장 선점을 추구하고 있으며, 2027년 상용화를 목표로 제시했다.29 경기도 수원에 위치한 파일럿 라인을 통해 시제품을 제작하고 황화물계 기술을 집중적으로 발전시키는 등, '속도'를 통해 시장을 선도하려는 전략이 뚜렷하게 나타난다.31
• LG에너지솔루션(LGES): 2030년 상용화를 목표로, 속도보다는 '기술적 완성도'에 중점을 두는 신중한 전략을 채택하고 있다.29 고분자계 하이브리드와 황화물계 전고체 전지를 동시에 개발하며 기술적 헤징(hedging)을 추구하는 모습이다. 메르세데스-벤츠, 포드 등 글로벌 완성차 업체들과의 깊은 파트너십은 신기술을 시장에 안정적으로 도입할 수 있는 강력한 기반이 된다.33
• SK온: 미국의 솔리드파워(Solid Power)와 같은 혁신 기업과의 협력을 통해 개발을 가속화하는 '파트너십 중심' 모델을 적극 활용하고 있다.31 이는 자체 R&D 리스크와 비용을 줄이면서 외부의 혁신 기술을 신속하게 흡수하기 위한 전략이다. 또한, 기존의 파우치형 배터리뿐만 아니라 각형 배터리 개발에도 나서며 고객사의 다양한 요구에 대응하기 위한 포트폴리오 다변화를 꾀하고 있다.32

4.2.2. 소재 및 부품 공급망: K-배터리의 숨은 영웅들

'K-배터리'의 진정한 힘은 세계 최고 수준의 기술력을 갖춘 국내 소재·부품·장비(소부장) 기업들이 형성하고 있는 탄탄한 후방 산업 생태계에 있다.

• 양극재: 한국이 세계 시장을 선도하는 분야이다. 에코프로비엠(세계 시장 점유율 2위), 포스코퓨처엠(국내 유일 양·음극재 동시 생산), 엘앤에프, 코스모신소재 등은 하이니켈 양극재 기술에서 독보적인 경쟁력을 보유하고 있다.5 이들 기업의 공격적인 생산 능력 증설 계획은 K-배터리 생태계의 성장을 뒷받침하는 핵심 동력이다.34
• 음극재: 대주전자재료는 차세대 배터리의 에너지 밀도를 높이는 데 필수적인 실리콘 음극재 분야의 핵심 기업이며 5, 포스코퓨처엠은 전통적인 흑연 음극재 시장의 주요 공급자이다.5
• 전해액 및 첨가제: 동화일렉트로라이트, 솔브레인, 엔켐, 천보 등은 리튬이온 배터리의 성능과 수명을 결정하는 핵심 소재인 전해액과 고기능성 첨가제를 공급하며 산업의 근간을 이루고 있다.5
• 분리막: **SK아이이테크놀로지(SKIET)**와 **더블유씨피(WCP)**는 배터리의 안전성을 담보하는 핵심 부품인 고품질 분리막 필름 시장의 글로벌 강자이다.5
• 전고체 전지용 신소재: 차세대 시장을 겨냥한 새로운 소부장 기업들도 속속 등장하고 있다. 레이크머티리얼즈는 황화물계 고체 전해질의 핵심 원료인 황화리튬($Li_2S$) 생산 기술을 확보하며 주목받고 있으며 29, 이수스페셜티케미컬 역시 관련 황화물계 기술 개발에 집중하고 있다.36

표 3: 대한민국 주요 배터리 소재 기업 프로필

기업명	소재 분야	핵심 기술/제품	생산 능력 (현행 & 목표)	주요 고객사
에코프로비엠	양극재	하이니켈 NCA, NCM	6만톤 → 18만톤 (2025년)	삼성SDI, SK온
포스코퓨처엠	양극재, 음극재	하이니켈 NCM/NCA, 인조흑연	양극재: 4만톤 → 27만톤 (2025년)	LG에너지솔루션, 삼성SDI, GM
엘앤에프	양극재	하이니켈 NCMA (Ni 93%)	4.6만톤 → 7만톤 (2023년)	LG에너지솔루션, SK온
대주전자재료	음극재	실리콘(Si) 음극활물질	0.1만톤 (2021년 기준)	LG에너지솔루션
SK아이이테크놀로지	분리막	고강도, 내열성 분리막	3.4억 $m^2$ (2022년 기준)	SK온, LG에너지솔루션
천보	전해질 첨가제	LiFSI, LiPO2F2 등 차세대 전해질	0.4만톤 → 1.2만톤 (2025년)	LG에너지솔루션, 삼성SDI, CATL
레이크머티리얼즈	전고체 소재	황화리튬($Li_2S$) 전구체	양산 설비 구축	-

이 표는 K-배터리 얼라이언스의 경쟁력이 단순히 셀 제조 3사에 국한된 것이 아니라, 기술적으로 진보하고 회복탄력성이 높은 국내 공급망에 깊이 뿌리내리고 있음을 명확히 보여준다. 이러한 강력한 소부장 생태계는 신기술 개발과 안정적인 양산을 위한 핵심적인 경쟁 우위 요소로 작용한다.

4.3. 국가 전략 및 정책 지원: 'K-배터리' 청사진

대한민국 정부는 이차전지를 '국가전략기술'로 지정하고, 글로벌 패권을 확보하기 위한 체계적인 정책 지원을 아끼지 않고 있다.37 2022년 11월에 발표된 **'이차전지 산업 혁신전략'**은 그 청사진을 제시하는 핵심 정책 문서로, 다음 세 가지 축을 중심으로 추진된다.37

1. 안정적 공급망 확보: 특정 국가에 대한 광물 의존도를 낮추기 위해 공급망을 다변화하고, 사용후 배터리의 재사용·재제조·재활용을 포괄하는 국내 '폐쇄 루프(Closed-Loop)' 순환 경제 생태계를 구축하는 데 집중한다.
2. 첨단기술 혁신 허브 구축: 정부가 2030년까지 1조 원 이상을 R&D에 투자하고, 민간이 50조 원을 투자하는 대규모 민관 합동 R&D 프로젝트를 추진한다. 특히, 차세대 배터리 기술 확보를 위해 1,500억 원 규모의 R&D 예비타당성 조사를 진행하는 등 미래 기술 선점에 총력을 기울이고 있다.37
3. 건실한 국내 생태계 조성: '배터리 아카데미'와 같은 산업계 주도 교육 과정과 특성화 대학원 지원을 통해 전문 인력을 양성하고, **2,000억 원 규모의 'R&D 혁신 펀드'**를 조성하여 유망 소부장 중소·중견기업 및 스타트업을 육성한다.37

이 외에도 2025년 7.9조 원 규모의 정책금융 지원 확대, 전략기술에 대한 세제 혜택, 이차전지 특화단지에 대한 전력·용수 등 기반시설 지원과 같은 구체적인 금융 및 인프라 지원책이 병행되고 있다.38

제 5장: 글로벌 경쟁 무대: 주요 행위자 및 시장 역학

5.1. 글로벌 셀 제조 리더: 중국의 거인들

• CATL과 BYD는 의심의 여지 없이 글로벌 전기차 배터리 시장의 절대 강자로, 양사를 합친 시장 점유율은 압도적인 수준이다.2 이들의 경쟁력은 막대한 규모의 경제, 강력한 정부 지원, 그리고 특히 EV 제조까지 겸하는 BYD의 수직계열화에서 나온다. 이들은 현재의 시장 지위에 안주하지 않고 차세대 기술 개발에도 공격적으로 투자하고 있으며, CATL은 2027년까지 전고체 전지를 소량 생산하겠다는 목표를 밝힌 바 있다.41
• 파나소닉(일본): 한때 시장을 호령했던 전통의 강자이지만, 최근 몇 년간 중국 기업들의 공세에 시장 점유율이 다소 하락했다.40 그러나 토요타와의 합작사인 '프라임 플래닛 에너지 & 솔루션'을 통해 전고체 전지 개발에 깊이 관여하고 있으며, 테슬라와의 오랜 파트너십을 통해 여전히 시장에서 강력한 영향력을 행사하고 있다.8

표 4: 글로벌 전기차 배터리 시장 점유율 (2023년 기준)

순위	제조사	국가	시장 점유율	주요 고객사	주목할 만한 전략
1	CATL	중국	~37%	Tesla, VW, BMW, Ford	LFP 배터리 기술 선도, 공격적인 글로벌 생산 거점 확대
2	LG에너지솔루션	대한민국	~14%	GM, Hyundai, Ford, VW	하이니켈 기술 강점, 북미 시장 집중 투자, 다양한 폼팩터
3	BYD	중국	~13%	BYD, Tesla, Toyota	'블레이드 배터리' 기술, EV 제조와의 강력한 수직계열화
4	파나소닉	일본	~8%	Tesla, Toyota	원통형 배터리 전문성, 토요타와 전고체 전지 공동 개발
5	SK온	대한민국	~5%	Ford, Hyundai, VW	파우치형 배터리 주력, 공격적인 증설, Solid Power와 협력
6	삼성SDI	대한민국	~5%	BMW, Stellantis, Audi	각형 배터리 강점, 전고체 전지 조기 상용화 목표 (2027년)

이 표는 비(非)중국계 기업들이 직면한 경쟁의 규모를 명확하게 보여준다. CATL과 BYD의 막강한 시장 지배력은 미국, 유럽, 한국 등이 왜 그토록 공격적인 산업 정책을 펼치고 있는지를 설명하는 배경이 된다.

5.2. 완성차 기업의 반격: 주도권 장악을 향한 움직임

더 이상 완성차 업체들은 배터리 셀 제조사에 의존하는 수동적인 고객이 아니다. 공급망 안정성을 확보하고 자사 제품을 차별화하기 위해 배터리 개발에 직접 뛰어드는 적극적인 참여자로 변모하고 있다.

• 토요타: 전고체 전지 관련 지식재산권(IP) 분야의 명백한 선두주자로, 1,000개 이상의 관련 특허를 보유하고 있다.8 2012년부터 해당 기술을 연구해 온 토요타는 2027년 상용화를 목표로 하고 있으며, 약 700km 주행이 가능한 전기차 출시를 계획하고 있다. 이러한 깊고 장기적인 R&D 투자는 토요타를 전통적인 배터리 기업들에게 심각한 위협으로 만들고 있다.
• 폭스바겐: 미국의 기술 스타트업 **퀀텀스케이프(QuantumScape)**에 막대한 자금을 투자하는 파트너십 전략을 구사하고 있다.8 이는 전통적인 배터리 대기업의 기술 로드맵에서 벗어나, 외부의 파괴적 혁신을 직접 흡수하려는 시도이다. 폭스바겐은 이 기술을 활용하여 2030년경 전고체 배터리를 대량 생산할 계획이다.

5.3. 혁신가들: 기술의 최전선을 개척하는 기업들

대기업들 외에도, 전고체 전지 기술의 핵심인 고체 전해질 분야에서 혁신을 주도하는 기술 중심 기업들이 존재한다.

• 퀀텀스케이프 (미국): 폭스바겐의 지원을 받는 이 회사는 전고체 전지 분야의 선구자 중 하나로, 특히 충전 속도와 에너지 밀도 측면에서 초기 테스트를 통해 유망한 결과를 보여주었다.8
• 솔리드파워 (미국): SK온, 포드, BMW와 파트너십을 맺고 있다. 이들의 핵심 전략은 기존 리튬이온 배터리 생산 라인과 호환 가능한 황화물계 고체 전해질을 개발하여, 대규모 신규 투자 없이도 전고체 전지를 생산할 수 있도록 진입 장벽을 낮추는 것이다.
• 일리카 (영국): 독자적인 다공성 세라믹 전해질 기술로 주목받고 있다. 이 기술은 다른 전고체 전지 설계에서 필요한 무거운 압착 장치 없이도 작동할 수 있어, 더 가볍고 단순한 구조의 배터리 팩을 가능하게 할 잠재력을 가지고 있다.45

제 6장: 정책의 명령: 미래를 şekillendiren 정부 전략

6.1. 미국: 무에서 유를 창조하는 국내 공급망 구축

미국의 배터리 산업 전략은 **초당적 인프라법(Bipartisan Infrastructure Law, BIL)**과 **인플레이션 감축법(Inflation Reduction Act, IRA)**이라는 두 개의 기념비적인 법안으로 정의된다.

• BIL은 배터리 공급망 구축에만 70억 달러 이상을 배정했다.46 미국 에너지부(DOE) 산하의 제조 및 에너지 공급망 사무소(MESC)는 '배터리 소재 가공 보조금'과 '배터리 제조 및 재활용 보조금'과 같은 프로그램을 통해 각각 약 30억 달러의 자금을 지원한다.47
• 이 보조금들은 광물 가공, 부품 제조, 배터리 셀 생산, 재활용에 이르기까지 가치 사슬 전반에 걸쳐 상업 규모의 시설을 건설하는 것을 목표로 한다.47

이러한 정책의 기저에는 명확한 지정학적 계산이 깔려 있다. 현재 배터리 공급망, 특히 광물 가공 및 부품 제조 분야에서 중국의 지배력은 확고하다. 미국 정부는 이러한 의존성을 심각한 경제 및 국가 안보 취약점으로 인식하고 있다. 따라서 BIL과 IRA는 단순히 청정에너지 전환을 지원하는 것을 넘어, 중국 중심의 공급망과 병행하는, 혹은 이를 대체할 수 있는 '미국 중심의 공급망'을 인위적으로 창출하려는 경제적 국가 전략의 일환이다. 이는 한국과 같이 기술력을 갖춘 동맹국 기업들에게는 미국 기업과의 파트너십을 통해 보조금 혜택을 누릴 수 있는 거대한 기회를 제공한다.39 그러나 동시에, '프렌드쇼어링(friend-shoring)'과 같은 복잡한 지정학적 요구사항을 충족해야 하는 과제를 안겨주며, 정권 교체 시 정책이 급변할 수 있다는 리스크도 내포한다. 실제로 최근 일부 프로젝트에 대한 7억 달러 이상의 보조금이 취소된 사례는 이러한 정치적 변동성을 명확히 보여준다.50

6.2. 중국: 선두 유지를 위한 총력 질주

중국의 전략은 현재의 시장 지배력을 발판 삼아 차세대 기술로 가장 먼저 도약하는 것이다. 중국 정부는 2009년부터 2023년까지 자국의 전기차 및 배터리 산업에 2,300억 달러 이상의 보조금과 정책적 지원을 쏟아부었다.51

최근에는 **'중국 전고체 배터리 협력 혁신 플랫폼(CASIP)'**을 출범시켜 CATL, BYD와 같은 배터리 기업, FAW, SAIC 등 완성차 업체, 그리고 주요 연구기관을 하나로 묶는 국가적 컨소시엄을 구성했다.42 더 나아가, 전고체 전지 R&D에만 약 60억 위안(약 1.1조 원) 규모의 신규 R&D 자금을 투입하여 7개의 핵심 프로젝트를 집중 지원할 계획이다.41 이러한 국가 주도의 총력전은 한국과 일본의 기술적 우위를 따라잡고, 일부 기업들은 2026-2027년 양산을 목표로 할 만큼 공격적인 로드맵을 추진하고 있다.

6.3. 일본: 전략적 부흥을 꿈꾸다

일본의 **'축전지 산업 전략'**은 과거의 영광을 되찾기 위한 체계적이고 단계적인 계획이다.54

1. 1단계 (2030년까지): 리튬이온 배터리 국내 생산 기반을 연간 150 GWh 규모로 확보한다.
2. 2단계 (2030년까지): 일본 기업들의 글로벌 배터리 제조 능력을 연간 600 GWh 수준으로 확대한다.
3. 3단계 (2030년 이후): 전고체 전지의 본격적인 상용화를 통해 차세대 배터리 시장의 기술 리더십을 확보한다.

이 전략의 핵심 기둥 중 하나는 상류 자원 확보다. 일본 정부는 JOGMEC(일본 에너지·금속광물자원기구)을 통해 민간 기업의 해외 자원 개발 프로젝트에 공동 투자하는 등 리튬, 니켈, 코발트와 같은 핵심 광물의 안정적인 확보에 국가적 역량을 집중하고 있다.54 또한, 토요타, 혼다와 같은 기업들이 주도하는 전문 인력 양성 프로그램을 통해 미래 기술 경쟁에 대비한 인적 자본 투자에도 힘쓰고 있다.55

표 5: 주요국 배터리 산업 지원 정책 비교

국가	주요 정책/이니셔티브	목표	지원 규모/인센티브	주요 수혜/관련 기관
미국	인플레이션 감축법(IRA), 초당적 인프라법(BIL)	자국 내 배터리 공급망 구축 (광물 가공 ~ 재활용)	70억 달러+ 보조금, 생산/소비세액 공제	DOE (MESC), 북미 진출 기업
중국	전고체전지 혁신 플랫폼(CASIP), 국가 보조금	차세대 기술 선점 및 시장 지배력 유지	약 60억 위안 신규 R&D 펀드, 장기 보조금	CATL, BYD 등 자국 기업
대한민국	이차전지 산업 혁신전략	2030년 세계 최강국 도약	1조원+ R&D 투자, 7.9조원 정책금융, 세제 혜택	배터리 3사, 소부장 기업
일본	축전지 산업 전략	배터리 산업 부흥 및 전고체 기술 리더십 확보	2030년까지 600 GWh 글로벌 생산능력 확보, 자원개발 투자	토요타, 파나소닉 등, JOGMEC

이 표는 각국 정부가 배터리 산업을 어떻게 전략적으로 육성하고 있는지를 한눈에 보여준다. 미국의 보조금 중심 접근, 중국의 국가 주도 총력전, 일본의 민관 협력 투자, 한국의 균형 잡힌 생태계 육성 전략 등 각기 다른 정책 도구들은 글로벌 경쟁의 역학 관계를 이해하고, 미래 시장의 기회와 리스크를 예측하는 데 중요한 단서를 제공한다.

제 7장: 핵심 인프라: 배터리 품질과 안전의 근간

7.1. 시험, 분석 및 인증: 품질의 문지기

배터리의 개발, 생산, 그리고 시장 출시는 정교한 시험, 검증, 인증 인프라 없이는 불가능하다.

• 국내 인프라: 한국화학융합시험연구원(KTR), 한국산업기술시험원(KTL), **한국기계전기전자시험연구원(KTC)**은 국내 대표적인 시험인증기관으로, 소재 분석부터 완제품 팩의 안전성 및 성능 평가에 이르기까지 포괄적인 서비스를 제공하며 KC, KS와 같은 국내 필수 인증을 발급한다.56 특히 KTR은 '이차전지시스템사업단'을 신설하고, 배터리 구독 서비스(BaaS) 모델을 지원하기 위한 'BaaS 시험·인증 센터' 구축 사업을 주도하는 등 미래 산업 변화에 발 빠르게 대응하고 있다.60
• 특화 서비스: **민테크(Mintech)**와 같은 기업은 전기화학 임피던스 분광법(EIS)과 같은 고도의 진단 기술을 활용하여 배터리의 상태와 수명을 정밀하게 분석하는 솔루션을 LG에너지솔루션, 포스코, 현대차 등에 제공한다.61 한편, **에이치시티(HCT)**는 최근 국토교통부로부터 '전기차 배터리 안전성능 시험' 기관으로 공식 지정된 국내 최초의 기관이 되었다. 이는 2026년부터 국내에서 판매되는 모든 전기차에 의무적으로 적용되는 제도로, HCT의 역할이 매우 중요해졌음을 의미한다.62

7.2. 글로벌 안전 표준: 세계 시장 진출을 위한 여권

글로벌 시장에 배터리를 판매하기 위해서는 국제 표준을 준수하는 것이 필수적이다.

• UN 38.3: 모든 종류의 리튬 배터리를 항공, 해상, 육로로 운송하기 위해 반드시 통과해야 하는 국제 연합(UN)의 안전 표준이다. 이는 배터리가 운송 중에 겪을 수 있는 가혹한 환경을 견딜 수 있는지 확인하기 위한 일련의 남용 시험으로 구성된다.
  • 주요 시험 항목: 고도 모의(저압), 열 시험(급격한 온도 변화), 진동, 충격, 외부 단락, 충돌/압착, 과충전, 강제 방전 등 운송 과정에서 발생할 수 있는 거의 모든 물리적, 전기적 스트레스를 시뮬레이션한다.65
• IEC 62133: 휴대용 기기에 사용되는 충전식 리튬이온 셀 및 배터리에 대한 대표적인 국제 안전 표준이다. UN 38.3이 운송 중 안전에 초점을 맞춘다면, IEC 62133은 정상적인 사용 및 합리적으로 예측 가능한 오용 상황에서의 안전을 다룬다.
  • 주요 시험 항목: 연속 저율 충전, 진동, 열 남용, 내부/외부 단락, 자유 낙하, 기계적 충격 등이 포함된다.68 유럽의 CE 마크를 비롯한 많은 국가의 인증 제도가 이 표준을 기반으로 하고 있어, 사실상 글로벌 시장 진출을 위한 필수 인증으로 여겨진다.

제 8장: 종합 분석 및 전략적 제언

8.1. 종합 분석: 전환의 10년

본 보고서의 분석을 종합하면, 향후 10년(2025-2035)은 배터리 산업에 있어 격렬한 '전환의 시대'가 될 것임이 분명하다. 기존의 리튬이온 기술은 여전히 시장의 주류이자 핵심적인 수익원(cash-cow)으로 기능하겠지만, 모든 장기적인 전략적 투자와 R&D의 방향은 미래의 전고체 전지 시장에서 승리하는 데 맞춰질 것이다.

이 경쟁은 단일 전선에서 벌어지는 싸움이 아니다. 이는 소재 실험실(전해질 개발), 공장 생산 라인(건식 공정), 기업 이사회(파트너십 vs. 수직계열화), 그리고 정부 부처(산업 정책) 등 여러 전선에서 동시에 벌어지는 다차원적인 전쟁이다.

이러한 환경에서 최종적인 성공은 단순히 뛰어난 기술력만으로는 보장되지 않는다. 안정적인 공급망을 장악하는 능력, 제조 공정을 혁신하는 능력, 그리고 갈수록 파편화되고 예측 불가능해지는 지정학적 지형을 현명하게 항해하는 능력이 승패를 가를 결정적인 변수가 될 것이다.

8.2. 이해관계자를 위한 실행 가능한 제언

8.2.1. 기업 전략가 및 투자자를 위하여

• 듀얼-트랙 전략 유지: 수익성이 높은 리튬이온 사업을 유지하고 최적화하여 현재의 현금 흐름을 확보하는 동시에, 전고체 전지 기술에 대한 선별적이고 전략적인 투자를 집행해야 한다. 리튬이온 시장에서의 규모도, 전고체 기술 투자도 부족한 '어중간한(middle ground)' 위치에 놓이는 것을 가장 경계해야 한다.
• 기술적 이정표 모니터링: 전고체 전지 상용화의 선행 지표가 될 핵심 기술들의 진전 상황을 면밀히 추적해야 한다. 특히 고체 전해질의 이온전도도 개선, 계면 저항 해결, 그리고 건식 전극 공정의 성숙도는 상용화 준비 상태를 가늠하는 가장 중요한 척도이다.
• 생태계 중심의 투자: 셀 제조사뿐만 아니라, 산업을 가능하게 하는 전후방 생태계에서 투자 기회를 모색해야 한다. 고체 전해질 원료 공급업체, 건식 공정용 장비 제조업체, 고성능 진단 솔루션 기업 등은 높은 성장 잠재력을 가지고 있다.

8.2.2. R&D 책임자를 위하여

• 제조 가능성 우선순위화: 실험실 규모의 우수한 성능만으로는 더 이상 충분하지 않다. 모든 R&D 프로젝트는 초기 단계부터 공정 엔지니어와 협력하여, 비용 효율적이고 확장 가능한 제조 공정으로 이어질 수 있는 명확한 경로를 확보해야 한다.
• 개방형 혁신 수용: 전고체 전지 기술의 복잡성은 단일 기업의 역량만으로는 해결하기 어렵다. 대학, 국책 연구소, 전문 기술을 보유한 스타트업과의 깊이 있는 파트너십을 통해 R&D 리스크를 분산하고 혁신을 가속화해야 한다.

8.2.3. 정부 정책 입안자를 위하여

• 장기적이고 일관된 지원 유지: 전고체 전지로의 전환은 10년 이상이 소요될 장기 과제이다. 민간 부문의 장기적인 투자를 유도하기 위해서는 R&D 자금 지원, 세제 혜택, 인력 양성 정책 등이 단기적인 정치 상황에 흔들리지 않고 안정적이고 예측 가능하게 제공되어야 한다.
• 업스트림 및 미드스트림 강화: 셀 제조 역량도 중요하지만, 진정한 공급망 안보는 현재 가장 취약한 고리인 광물 가공 및 핵심 소재 생산의 국내 역량을 강화하는 데서 시작된다. 이 분야에 대한 정책적 지원을 집중해야 한다.
• 표준 및 규제 선제적 마련: 전고체 전지와 같은 차세대 배터리의 안전하고 신속한 상용화를 촉진하기 위해 국내 표준 및 인증 절차를 선제적으로 개발해야 한다. 또한, 국내 시험인증기관들이 이 새로운 분야에서 글로벌 리더십을 확보할 수 있도록 지원을 강화해야 한다.