중국 차세대 배터리 산업의 미래: 전고체 배터리와 글로벌 패권 경쟁

중국 배터리 산업이 전고체 배터리와 리튬황 배터리 등 차세대 기술 개발에 총력을 기울이며 글로벌 배터리 시장의 주도권을 확고히 하기 위한 움직임을 보이고 있습니다. 현재 세계 전기차 배터리 시장의 절반 이상을 장악하고 있는 중국은 미래 배터리 기술에서도 우위를 확보하기 위해 정부-기업-학계가 총체적 협력 체계를 구축하고 있습니다. 전고체 배터리와 같은 혁신적인 기술이 상용화되는 2030년을 기점으로 글로벌 배터리 시장의 판도가 크게 재편될 전망입니다.

'2024 중국 수출입 박람회'에 전시된 리튬 배터리 제품. /사진=신화통신, 뉴시스 출처 : 초이스경제(http://www.choicenews.co.kr)

중국의 차세대 배터리 개발 현황과 전략

전고체 배터리 개발 가속화

중국은 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리 개발에 총력을 기울이고 있습니다. 전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 액체 전해질을 고체로 대체해 안전성을 높이고, 에너지 밀도를 개선한 차세대 기술입니다. 구조적으로 단단하고 안정적이어서 폭발 위험성이 낮고, 분리막이 필요 없어 더 많은 활물질을 채울 수 있어 에너지 밀도를 높일 수 있습니다^1.

중국 전기차 백인회에 따르면, 중국의 전고체 배터리 산업화는 2027~2028년부터 시작해 2030년에는 전면 양산이 가능할 것으로 전망됩니다^3. 중국의 전고체 배터리 시장 규모는 2024년 들어 전년 대비 70% 증가한 17억 위안(약 3222억 원)에 달할 것으로 예측되고 있습니다^2.

중국의 주요 배터리 제조사들은 이미 구체적인 전고체 배터리 상용화 계획을 발표했습니다:

• BYD: 2024년부터 60Ah 전고체 배터리 파일럿 생산 시작, 2027년 대량 실증, 2030년 본격 양산^11
• CATL: 2027년부터 기존 리튬이온 배터리보다 40% 높은 에너지 밀도를 갖춘 전고체 배터리 소량 생산 계획^10
• 상하이자동차: 2025년에 생산라인을 갖추고 2026년부터 양산 계획^10
• 광저우자동차: 2026년에 전고체 배터리 양산 및 자사 전기차에 탑재 계획^7

리튬황 배터리와 나트륨이온 배터리 개발

중국은 전고체 배터리뿐만 아니라 리튬황 배터리와 나트륨이온 배터리 분야에서도 주도적 위치를 확보하고 있습니다.

리튬황 배터리는 양극재에 황을, 음극재에 리튬 금속을 사용하는 배터리로, 기존 배터리 대비 에너지 밀도를 두 배(>500Wh/kg)까지 높일 수 있으며, 코발트, 니켈 등 희귀 금속을 사용하지 않아 친환경적이고 가격 경쟁력이 있습니다^1. 현재 리튬황 배터리 분야 연구의 85%를 중국이 주도하고 있어 향후 상용화에서도 우위를 점할 가능성이 높습니다^18.

또한 중국은 나트륨이온 배터리 개발에도 적극적입니다. CATL은 2021년에 이미 1세대 나트륨이온 배터리를 출시했으며, 현재 CATL과 BYD는 상용화를 앞둘 정도로 개발이 마무리 단계에 있습니다^13. 나트륨은 리튬보다 1000배 많은 매장량을 가지고 있어 원료 조달이 용이하다는 장점이 있습니다^13.

 

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중국 정부의 전폭적 지원과 협력 체계

막대한 연구개발 투자

중국 정부는 차세대 배터리 기술 확보를 위해 막대한 자금을 투입하고 있습니다. 전고체 배터리 연구개발에만 총 60억 위안(약 1조1300억 원)을 투자하기로 결정하고, 올해 초부터 자금 투입을 시작했습니다^10. 이는 한국 정부의 지원 금액(2028년까지 1172억 원)의 10배에 달하는 규모입니다^10.

지원 대상은 CATL, BYD를 포함해 상하이자동차, 지리자동차, 이치자동차 등 6개 기업이며, 각 기업이 자체적으로 투자하는 금액까지 고려하면 실제 투자 규모는 훨씬 클 것으로 분석됩니다^10.

산학연 협동 혁신 플랫폼 구축

중국은 2023년 2월 전고체 배터리 산학연 협동 혁신 플랫폼(CASIP)을 설립하여 전고체 배터리 공급망 구축과 기술 개발을 위한 체계적인 협력 시스템을 구축했습니다^13. 이 플랫폼에는 CATL, BYD, CALB, 이브에너지, 니오 등 배터리·전기차 회사는 물론 200명이 넘는 정부·학계 관계자가 참여하는 대규모 조직입니다^13.

주목할 점은 평소 치열하게 경쟁하는 중국 기업들이 국가 차원의 기술 개발을 위해서는 한 몸처럼 움직인다는 것입니다. 칭화대 어우양밍가오 교수는 CASIP 창립식에서 "전고체 기술의 등장이 현재 중국의 배터리산업 우위를 뒤집을 수 있다"며 "위험에 대비해야 한다"고 언급했습니다^13. 이는 중국이 차세대 배터리 기술에서 한국 등 경쟁국에 뒤처질 가능성을 우려하고 있음을 보여줍니다.

2030년 중국 배터리 시장의 미래 전망

시장 규모와 성장 잠재력

중국의 이차 전지 시장 규모는 2025년 609억 6,000만 달러에서 2030년 1,314억 9,000만 달러로 연평균 16.62%의 성장률을 보일 것으로 전망됩니다^5. 특히 전고체 배터리 시장은 급속히 성장하여 중국 배터리 산업의 미래 성장 동력이 될 것으로 예상됩니다.

시장조사업체 SNE리서치에 따르면 전 세계 전고체 배터리 시장 규모는 2022년 2750만 달러에서 2030년 400억 달러까지 성장할 것으로 예측되었습니다^11. 이러한 성장세 속에서 중국은 시장의 주도권을 확보하기 위해 노력하고 있습니다.

중국의 시장 점유율 변화

현재 중국은 세계 전기차 배터리 시장의 약 50% 이상을 차지하고 있으나, 2030년경에는 중국의 배터리 시장 점유율이 30~40%대로 감소할 것으로 전망됩니다^9. 이는 인도, 인도네시아 등 개도국과 신흥시장의 배터리 생산량이 빠르게 증가하기 때문입니다^9.

그러나 시장 점유율 감소에도 불구하고, 중국은 여전히 세계 최대 배터리 생산국으로서의 위상을 유지할 것으로 예상됩니다. 특히 전고체 배터리와 같은 차세대 기술에서 우위를 확보한다면, 고부가가치 시장에서 강세를 보일 가능성이 높습니다.

한국과 중국의 차세대 배터리 기술 경쟁

한국 배터리 기업의 대응 전략

한국의 배터리 3사도 차세대 배터리 기술 확보를 위해 노력하고 있습니다. 삼성SDI는 2027년 전고체 배터리 상용화를 목표로 수원에 전고체 배터리 생산라인 'S-라인'을 구축하고 시제품 생산 및 성능 테스트를 진행 중입니다^11. LG에너지솔루션은 2030년 양산을 목표로 하고 있으며, 최근 전고체 배터리의 충전 속도를 10배 높일 수 있는 기술 개발에 성공했습니다^11. SK온은 2029년까지 개발을 완료하는 것을 목표로 하고 있습니다^7.

국내 배터리 3사의 2023년 연구개발 투자액은 2조6080억 원으로 전년 대비 7.04% 증가했지만, 중국 CATL의 2023년 R&D 비용 3조6500억 원에 비하면 낮은 수준입니다^17. 또한 CATL의 기술개발 평균 기간은 약 1년으로, 한국 기업의 2~3년보다 훨씬 빠릅니다^17.

한국 배터리 업계의 위기감

한국 배터리 업계는 중국의 '전고체 굴기'에 위기감을 느끼고 있습니다. 중국이 LFP(리튬인산철) 배터리로 저가 시장을 장악한 것처럼, 전고체 배터리를 양산하게 되면 한국 기업들이 강점을 보이던 고급 전기차 시장에서도 경쟁이 불가피해질 것입니다^10.

업계 관계자는 "중국 기업들이 양산 목표를 실제로 지킬 수 있을진 미지수"라면서도 "정부 주도로 막대한 자금과 인력이 투입되는 만큼 결코 안심해선 안 된다"고 우려를 표명했습니다^10.

차세대 배터리 상용화와 적용 전망

전고체 배터리 상용화 시점

전문가들은 전고체 배터리가 2030년을 기점으로 본격적으로 상용화될 것으로 예측하고 있습니다. 중국 배터리 업계 관계자들은 "중국의 전고체 배터리 산업화는 2027년부터 2028년 시작할 것이며, 2030년에는 전면 양산에 들어갈 것"으로 전망하고 있습니다^3.

전고체 배터리는 초기에는 프리미엄 전기차를 중심으로 탑재되기 시작해 2032~2035년 사이에 보급화가 이루어질 것으로 분석됩니다^7. 높은 에너지 밀도와 안전성 덕분에 전기차뿐만 아니라 ESS, 선박 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대됩니다^12.

특수 분야에서의 리튬황 배터리 활용

리튬황 배터리는 특히, 드론과 항공 분야에서 주목받고 있습니다. 프라운호퍼ISI는 리튬황 배터리가 2035년부터 대형 드론에 사용될 수 있으며, 2040년에는 다른 전기 비행기에도 탑재될 수 있을 것으로 전망했습니다^8.

이미 LG에너지솔루션과 한국항공우주연구원은 2020년에 리튬황 배터리를 탑재한 태양광 무인기를 개발해 성층권 최고 고도에서 13시간의 시험 비행에 성공한 바 있습니다^1. 리튬황 배터리의 높은 에너지 밀도는 특히 드론, 항공기, UAM(도심항공교통) 등 미래 운송 수단에 이상적입니다^1.

결론: 중국 배터리 산업의 과제와 전망

중국은 차세대 배터리 기술 개발에 막대한 자원을 투자하고 정부-기업-학계 간의 유기적인 협력 체계를 구축하며 배터리 산업에서의 글로벌 리더십을 강화하고 있습니다. 2030년까지 전고체 배터리와 같은 혁신적인 기술을 상용화함으로써 배터리 시장에서의 경쟁 우위를 유지하려는 전략을 추진하고 있습니다.

그러나 개도국과 신흥시장의 성장으로 인해 중국의 시장 점유율은 다소 감소할 것으로 예상됩니다. 또한 전고체 배터리 기술 상용화에는 여전히 기술적 난제와 비용 문제가 있어 중국의 목표 달성 여부는 지켜봐야 할 것입니다.

전문가들은 전고체 배터리를 비롯한 차세대 배터리가 본격적으로 상용화되는 시점부터는 기술력보다 원가 경쟁력이 주요 경쟁 요소가 될 것으로 전망합니다^7. 중국은 대규모 생산 능력과 정부 지원을 바탕으로 이 부분에서도 강점을 발휘할 가능성이 높습니다.

결론적으로, 중국 배터리 산업은 전고체 배터리와 리튬황 배터리 등 차세대 기술 개발을 통해 글로벌 시장에서의 우위를 공고히 하며, 2030년 이후 배터리 산업의 새로운 패러다임을 주도할 것으로 전망됩니다.

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China's Next-Generation Battery Industry Future: All-Solid-State Batteries and Global Hegemony Competition

China's battery industry is focusing all its efforts on developing next-generation technologies such as all-solid-state batteries and lithium-sulfur batteries to solidify its dominance in the global battery market. Currently controlling more than half of the world's electric vehicle battery market, China is establishing a comprehensive cooperation system between government, industry, and academia to secure an advantage in future battery technologies. The landscape of the global battery market is expected to undergo significant restructuring by 2030, when innovative technologies like all-solid-state batteries become commercialized.

Current Status and Strategy of China's Next-Generation Battery Development

Acceleration of All-Solid-State Battery Development

China is devoting all its resources to developing all-solid-state batteries, often referred to as "dream batteries." These next-generation batteries replace the liquid electrolyte in conventional lithium-ion batteries with a solid one, improving safety and energy density. Their structurally solid and stable nature reduces explosion risks, and without the need for separators, more active materials can be incorporated, increasing energy density^1.

According to the China Electric Vehicle 100, China's industrialization of all-solid-state batteries will begin from 2027-2028 and full-scale mass production will be possible by 2030^3. The size of China's all-solid-state battery market is predicted to increase by 70% year-on-year in 2024, reaching 1.7 billion yuan (approximately 3.222 billion KRW)^2.

China's major battery manufacturers have already announced specific commercialization plans for all-solid-state batteries:

• BYD: Starting pilot production of 60Ah all-solid-state batteries in 2024, mass demonstration by 2027, full-scale production by 2030^11
• CATL: Plans to produce small quantities of all-solid-state batteries with 40% higher energy density than conventional lithium-ion batteries from 2027^10
• Shanghai Automotive: Setting up production lines in 2025 and starting mass production from 2026^10
• Guangzhou Automobile: Plans to mass-produce all-solid-state batteries and install them in their electric vehicles by 2026^7

Development of Lithium-Sulfur and Sodium-Ion Batteries

China is also securing a leading position in lithium-sulfur and sodium-ion battery fields beyond all-solid-state batteries.

Lithium-sulfur batteries use sulfur as the cathode material and lithium metal as the anode, potentially doubling energy density (>500Wh/kg) compared to existing batteries, and are environmentally friendly and cost-competitive as they don't use rare metals like cobalt and nickel^1. Currently, China dominates 85% of research in the lithium-sulfur battery field, making it likely to have an advantage in future commercialization^18.

China is also actively developing sodium-ion batteries. CATL already launched its first-generation sodium-ion battery in 2021, and both CATL and BYD are at the final stages of development, close to commercialization^13. Sodium has 1,000 times more deposits than lithium, making it more accessible as a raw material^13.

China's Full Government Support and Cooperation System

Massive R&D Investment

The Chinese government is investing huge funds to secure next-generation battery technology. It has decided to invest a total of 6 billion yuan (about 1.13 trillion KRW) in research and development of all-solid-state batteries and began funding earlier this year^10. This is ten times the amount supported by the Korean government (117.2 billion KRW until 2028)^10.

The support targets six companies including CATL, BYD, Shanghai Automotive, Geely Automotive, and Yichi Automotive, and considering the amounts these companies are investing on their own, the actual investment scale is expected to be much larger^10.

Establishment of Industry-Academia-Research Cooperative Innovation Platform

In February 2023, China established the Collaborative Innovation Platform for All-Solid-State Batteries (CASIP) to build a systematic cooperation system for all-solid-state battery supply chain construction and technology development^13. This platform is a large-scale organization involving battery and electric vehicle companies such as CATL, BYD, CALB, EVE Energy, and NIO, as well as more than 200 government and academic officials^13.

It's noteworthy that Chinese companies, which usually compete fiercely, move as one body for national technology development. Professor Ouyang Minggao of Tsinghua University mentioned at the CASIP inauguration ceremony that "the emergence of all-solid-state technology could overturn China's current advantage in the battery industry" and that "we need to prepare for risks"^13. This shows China's concern about the possibility of falling behind competitors like Korea in next-generation battery technology.

Future Outlook for China's Battery Market in 2030

Market Size and Growth Potential

China's secondary battery market size is expected to grow from $60.96 billion in 2025 to $131.49 billion in 2030, showing an annual average growth rate of 16.62%^5. Particularly, the all-solid-state battery market is expected to grow rapidly and become the future growth engine of China's battery industry.

According to market research firm SNE Research, the global all-solid-state battery market size is predicted to grow from $27.5 million in 2022 to $40 billion by 2030^11. Amid this growth trend, China is working to secure market leadership.

Changes in China's Market Share

Currently, China accounts for more than 50% of the global electric vehicle battery market, but by 2030, China's battery market share is expected to decrease to 30-40%^9. This is due to the rapid increase in battery production in developing countries and emerging markets such as India and Indonesia^9.

Despite the decrease in market share, China is expected to maintain its status as the world's largest battery producer. Especially if it secures an advantage in next-generation technologies like all-solid-state batteries, it is likely to show strength in high-value-added markets.

Competition in Next-Generation Battery Technology Between Korea and China

Response Strategies of Korean Battery Companies

Korea's three battery companies are also working to secure next-generation battery technology. Samsung SDI is building the "S-Line" production line for all-solid-state batteries in Suwon, targeting commercialization by 2027, and is conducting prototype production and performance testing^11. LG Energy Solution aims for mass production by 2030 and has recently succeeded in developing technology that can increase the charging speed of all-solid-state batteries by 10 times^11. SK On aims to complete development by 2029^7.

The R&D investment of Korea's three battery companies in 2023 was 2.608 trillion KRW, an increase of 7.04% compared to the previous year, but this is still low compared to China's CATL, which spent 3.65 trillion KRW on R&D in 2023^17. Also, CATL's average technology development period is about one year, much faster than Korean companies' 2-3 years^17.

Korean Battery Industry's Sense of Crisis

The Korean battery industry is feeling a sense of crisis over China's "all-solid-state rise." Just as China dominated the low-price market with LFP (lithium iron phosphate) batteries, competition in the premium electric vehicle market, where Korean companies have shown strength, will be inevitable if China starts mass-producing all-solid-state batteries^10.

An industry official expressed concern, saying, "Whether Chinese companies can actually meet their mass production targets is uncertain," but also emphasized that "we cannot be complacent given that massive funds and manpower are being invested under government leadership"^10.

Commercialization and Application Prospects of Next-Generation Batteries

Commercialization Timing of All-Solid-State Batteries

Experts predict that all-solid-state batteries will be fully commercialized around 2030. Officials in the Chinese battery industry forecast that "China's industrialization of all-solid-state batteries will begin from 2027 to 2028, and full-scale mass production will begin in 2030"^3.

All-solid-state batteries are expected to be initially installed in premium electric vehicles and then become popularized between 2032 and 2035^7. Thanks to their high energy density and safety, they are expected to be applied to various fields including electric vehicles, ESS, and ships^12.

Utilization of Lithium-Sulfur Batteries in Special Fields

Lithium-sulfur batteries are particularly drawing attention in the drone and aviation sectors. Fraunhofer ISI projected that lithium-sulfur batteries could be used in large drones from 2035 and in other electric aircraft by 2040^8.

LG Energy Solution and the Korea Aerospace Research Institute have already developed a solar-powered unmanned aerial vehicle equipped with a lithium-sulfur battery in 2020, successfully conducting a 13-hour test flight at the highest stratospheric altitude^1. The high energy density of lithium-sulfur batteries is particularly ideal for future transportation means such as drones, aircraft, and UAM (Urban Air Mobility)^1.

Conclusion: Challenges and Prospects for China's Battery Industry

China is strengthening its global leadership in the battery industry by investing massive resources in next-generation battery technology development and building an organic cooperation system between government, industry, and academia. It is pursuing a strategy to maintain a competitive advantage in the battery market by commercializing innovative technologies such as all-solid-state batteries by 2030.

However, China's market share is expected to decrease somewhat due to the growth of developing countries and emerging markets. Also, technical challenges and cost issues still exist in the commercialization of all-solid-state battery technology, so whether China can achieve its goals remains to be seen.

Experts predict that from the point when next-generation batteries, including all-solid-state batteries, are fully commercialized, cost competitiveness will be a major competitive factor rather than technological prowess^7. China is likely to demonstrate strengths in this area as well, based on its large-scale production capacity and government support.

In conclusion, China's battery industry is expected to solidify its position in the global market through the development of next-generation technologies such as all-solid-state batteries and lithium-sulfur batteries, leading a new paradigm in the battery industry after 2030.

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