차세대 이차전지 기술개발과 글로벌 밸류체인 재편 동향 분석

1. 요약

• 2025년 5월 현재, 차세대 이차전지 기술 중 가장 주목받고 있는 전고체 배터리의 기술개발 현황과 글로벌 공급망을 통한 재편 동향이 분석된 결과, 전고체 배터리는 액체전해질에 비해 안전성과 에너지 밀도 측면에서 상당한 장점을 보유하고 있음이 확인되었습니다. 특히, 이 기술은 비좁은 공간과 무게 문제를 해결하는 데 유리하여 전기차, 드론, 웨어러블 기기 등 다양한 응용 분야에서 폭넓은 활용이 기대됩니다.

• 그럼에도 불구하고, 전고체 배터리의 상용화 과정에서 해결해야 할 과제가 존재합니다. 특히, 고체전해질의 이온 전도도를 최대한 높이고 안전성을 강화하는 것이 중요하며, 이를 가능하게 할 대량 생산 공정 구축 또한 필수적인 상황입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 현재 각국의 기업과 연구소에서는 다양한 연구를 진행하고 있으며, 일본과 독일의 주요 기업들이 정부의 지원을 바탕으로 기술 개발에 속도를 내고 있습니다.

• 글로벌 이차전지 시장 또한 변화의 기로에 서 있습니다. 기술 발전과 환경 규제의 강화, 전기차 수요의 급증에 따라 글로벌 밸류체인이 재편되고 있으며, 리튬, 코발트, 니켈과 같은 핵심광물의 안정적 공급망 유지가 필수적입니다. 이와 같은 공급망의 불안정성은 정치적 요인과 환경 문제로 인해 심화되고 있으며, 이로 인해 기업들은 다변화된 공급망 전략을 모색하고 있습니다. 이를 통해 핵심광물 확보는 시장 경쟁력 및 지속 가능성을 높이는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

2. 차세대 전고체 배터리 기술개발 현황과 과제

• 2-1. 전고체 배터리 기술 특징 및 장점

• 전고체 배터리는 기존의 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 기술로, 특히 전자기기와 전기차의 배터리로서 큰 주목을 받고 있습니다. 그 주된 장점은 비슷한 수준의 전력 용량에서 보다 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있다는 점입니다. 이는 즉 더 작은 크기와 무게로도 동일한 전력을 제공할 수 있다는 의미로, 전기차 분야에서 공간과 무게 제약을 가진 설계를 가능하게 합니다.

• 또한, 전고체 배터리는 충전과 방전 속도가 비교적 빠르고, 화재 및 폭발 위험이 낮아 안전성 면에서도 유리합니다. 액체 전해질에서는 발생할 수 있는 리튬 이온의 총전기쌍 및 전극 재료의 열적 안정성 문제를 해소하여 더 높은 신뢰성을 가져옵니다. 이러한 이유로 전고체 배터리는 전기차 외에도 드론, 웨어러블 기기, 에너지 저장 시스템(ESS) 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 큽니다.

• 2-2. 고체전해질 소재 개발 동향

• 전고체 배터리의 상용화를 가로막고 있는 큰 과제 중 하나는 고체전해질 소재의 개발입니다. 현재 가장 많이 연구되고 있는 고체전해질은 황화물계, 산화물계, 폴리머계 등으로 나뉘어 있으며 각기 다른 장단점을 보입니다.

• 황화물계 고체전해질은 높은 이온 전도도가 장점이나 황화물의 수분 친화성으로 인해 물과 접촉 시 안정성이 떨어지는 문제가 있습니다. 반면, 산화물계 고체전해질은 안정성이 뛰어나지만 이온 전도도에서 다소 제한된 성능을 보입니다. 폴리머계 고체전해질은 유연성이 좋아 설계의 자유도가 높지만, 전도성이 떨어져 상용화에 한계를 겪고 있습니다.

• 각국의 기업과 연구소는 이러한 문제들을 해결하기 위해 다양한 소재 실험과 신소재 개발을 활발히 추진하고 있으며, 특히 일본의 토요타나 독일의 폭스바겐 등은 적극적으로 정부 지원을 받아 기술 개발에 박차를 가하고 있는 상황입니다.

• 2-3. 상용화를 위한 핵심 과제와 전망

• 전고체 배터리의 상용화에 있어 가장 큰 과제는 고체전해질의 이온 전도도를 최대한 높이고, 이와 함께 전지의 전체적인 안전성과 안정성을 강화하는 것입니다. 또한 대량 생산 공정을 효과적으로 구축하는 것도 필수적입니다. 현재 연구자들은 이러한 목표를 달성하기 위해 다양한 접근 방식을 시도하고 있으며, 물질 공학과 화학 분야의 경계를 허물고 차세대 배터리 기술을 선도하기 위한 지식을 글로벌하게 통합하고 있는 상황입니다.

• 향후 전고체 배터리 기술이 성공적으로 상용화된다면, 세계 전기차 시장 및 에너지 저장 시장에서 매우 중요한 변화를 이끌 것으로 예상됩니다. 특히, 이 기술의 상용화는 약 2030년 전후로 예상되며, 이는 정부와 기업의 협력이 이루어질 때 가능할 것입니다. 따라서 적극적인 연구개발 투자와 함께 기술 상용화를 위한 면밀한 시장 조사도 필요하다고 볼 수 있습니다.

3. 글로벌 이차전지 전주기 밸류체인 재편과 시장 전망

• 3-1. GVC 재편 배경과 핵심광물 이슈

• 글로벌 이차전지 시장의 재편 배경은 기술 발전과 함께 환경 규제 강화, 그리고 전기차(EV) 수요 증가에 기인합니다. 이로 인해 핵심광물, 특히 리튬, 코발트, 니켈 등의 공급망 안정화가 필수적 요소로 떠오르고 있습니다. 이러한 공급망의 불안정성은 정치적 요인, 자연재해, 그리고 지속 가능한 운영을 위한 광물 채취 방법 등 여러 외부 요인들에 의해 더욱 심화되고 있습니다. 따라서, 기업들은 이러한 핵심광물을 확보하기 위해 다변화된 공급망 전략을 모색하고 있으며, 정부 차원의 지원과 정책적 후원이 중요한 상황입니다.

• 3-2. 리튬·코발트 등 핵심광물 공급망 동향

• 리튬과 코발트는 이차전지 제조에서 가장 중요한 원료로, 이들의 공급망 동향을 살펴보면 최근 몇 년 동안 급격한 변화를 겪고 있음을 알 수 있습니다. 2025년을 기준으로 리튬은 많은 기업들이 성장을 통해 내년 내 대규모로 프로젝트를 시작하려고 하며, 전 세계적으로 리튬 생산 능력을 확장하는 프로젝트가 수십 개 이상이 진행되고 있습니다. 코발트는 주로 민주콩고에서 생산되지만, 그 지역의 정치적 불안정성과 인권 이슈로 인해 공급망의 불안정성이 심화되고 있습니다. 이로 인해, 많은 배터리 제조업체들이 코발트 최소화 또는 대체재 개발에 관심을 두고 연구개발을 진행하고 있습니다.

• 3-3. 밸류체인별 시장 성장 전망

• 이차전지 시장의 밸류체인은 크게 원료 채굴, 소재 및 부품 제조, 배터리 조립, 재활용 단계로 나눌 수 있습니다. 각 단계마다 시장 성장 전망은 다르며, 배터리 제조 공정에서의 자동화 및 고도화가 이루어짐에 따라 효율적인 생산 방식이 요구됩니다. 2025년 기준으로, 전고체 배터리의 기술 개발이 이루어지고 있으며, 이로 인해 해당 시장은 더욱 커질 것으로 예상됩니다. 특히, 전기차 및 에너지 저장 시스템(ESS) 수요 증가가 이차전지 밸류체인 전반에 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.

• 3-4. 공급망 안정화 대응 전략

• 글로벌 공급망 안정화는 이차전지 산업의 지속 가능성을 위해 필수적입니다. 이를 위해 많은 기업들이 자국 내 생산 라인을 확충하거나, 공급처 다변화를 통해 리스크를 줄이고자 합니다. 예를 들어, 미국 및 유럽 국가들은 자국 내 리튬 및 코발트 자원의 개발을 지원하며, 환경 규제를 충족하는 동시에 전략적으로 자원을 확보하고 있습니다. 이러한 변화는 공급망의 안정성을 높이고, 결과적으로 이차전지 비용 절감 및 품질 향상에 기여할 것입니다.

결론

• 결론적으로, 2025년 5월 현재 전고체 배터리 기술은 안전성과 에너지 밀도에서 혁신적인 발전이 기대됨과 동시에, 고체전해질 소재의 이온 전도도와 안정성 확보, 대량 생산 공정 구축이라는 핵심 과제가 여전히 진행 중임을 알 수 있습니다. 이와 함께 글로벌 GVC의 재편 현상은 핵심광물 확보 경쟁을 더욱 심화시키며, 이에 대응하기 위한 전략적 투자와 협력이 필수적입니다.

• 특히, 국내 배터리 업계는 정부 차원의 지원, 연구개발(R&D) 강화를 통해 안정적인 핵심광물 확보를 도모해야 하며, 생산-소재-재활용 전주기 협업 플랫폼 구축을 통해 기술 상용화와 공급망적인 안정성을 동시에 확보할 필요성이 강조됩니다. 이러한 전략은 장기적으로 글로벌 시장에서의 경쟁 우위를 강화하고 지속 가능한 성장 기반을 마련하는 데 기여할 것으로 예상됩니다.

• 앞으로 전고체 배터리 기술의 진척과 함께, 이차전지 시장은 더 큰 변화를 겪게 될 것이며, 이는 글로벌 에너지 시장과 전기차 산업의 혁신을 선도하는 중요한 계기가 될 것입니다. 기업과 정책 입안자들은 변화하는 환경에 발맞추어 적극적인 대응 전략을 수립함으로써 미래의 기회를 적극적으로 활용해야 할 것입니다.

용어집

• 전고체배터리: 전고체배터리는 기존의 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 혁신적인 배터리 기술입니다. 이 기술은 안전성과 에너지 밀도에서 뛰어난 성능을 제공하며, 전기차 및 드론, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서의 활용 가능성이 큽니다. 그러나 상용화를 위한 기술적 과제를 안고 있으며, 특히 고체전해질의 이온 전도도를 높이고 대량 생산 공정을 구축하는 것이 중요한 도전입니다.

• GVC (Global Value Chain): GVC는 글로벌 가치 사슬을 나타내며, 제품 개발, 생산 및 유통의 모든 단계를 포함한 개념입니다. 이차전지 산업에서는 원료 채굴에서부터 최종 제품까지의 공급망이 효율적으로 운영되는 것이 중요하며, 현재 GVC 재편이 핵심광물 확보와 연결되어 있습니다.

• 핵심광물: 핵심광물은 이차전지 및 다른 기술 제품의 제조에 필수적으로 요구되는 광물입니다. 리튬, 코발트, 니켈 등이 이에 해당하며, 이들의 안정적인 공급망 확보가 전세계 이차전지 시장의 경쟁력과 지속 가능성에 중요한 영향을 미치고 있습니다.

• 상용화: 상용화는 새로운 기술이나 제품이 시장에 출시되어 판매될 준비가 완료된 상태를 의미합니다. 전고체배터리의 상용화는 비약적인 기술 발전과 함께 약 2030년 전후로 예상되며, 이를 위해 지속적인 연구개발과 생산 공정 구축이 필요합니다.

• 공급망: 공급망은 원자재의 생산에서 최종 소비자에게 전달되는 모든 단계와 과정을 포함하는 시스템을 뜻합니다. 특히 이차전지 산업에서는 핵심광물의 안정적인 공급망이 산업의 지속 가능성을 결정짓는 중대한 요소입니다.

출처 문서

• 전고체 배터리 및 고체전해질 개발 전모와 향후 전망https://m.techforum.co.kr/goods/28671
• 글로벌 공급망(GVC) 재편에 따라 주목받는 2024년 글로벌 이차전지 전주기 밸류체인별https://www.irsglobal.com/shop_goods/goods_view.htm?category=&goods_idx=95121