리튬이온 배터리의 역사

01왜 하필 리튬이었을까

전지가 하는 일은 전기를 만드는 게 아니에요. 이미 만들어진 전기를 화학의 형태로 붙잡아 두었다가, 필요할 때 다시 꺼내 주는 일이에요. 발전소가 요리사라면 전지는 냉장고예요.

꺼내는 원리는 산화 환원 반응이에요. 한쪽 물질은 전자를 내놓고 싶어 하고, 다른 쪽은 받고 싶어 해요. 두 물질을 떼어 놓은 다음 그 사이에 전선을 이어 주면, 전자는 전선을 빙 돌아 건너가면서 전구를 켜고 모터를 돌려요. 충전은 그 흐름을 억지로 거꾸로 되돌리는 일이고요. 되돌릴 수 있으면 이차전지, 한 번 쓰고 버리면 일차전지예요.

그럼 어떤 물질을 짝지어야 좋을까요. 조건은 두 가지예요. 전자를 내놓으려는 성질이 강할수록 전압이 높아지고, 물질이 가벼울수록 같은 무게에 더 많은 전기를 담을 수 있어요. 리튬은 이 두 조건을 동시에 만족하는 드문 원소예요. 금속 중에서 가장 가볍고, 전자를 내놓으려는 성질도 가장 강한 축에 들어요.

무게가 왜 그렇게 중요할까요. 벽에 붙여 놓고 쓰는 물건이라면 전지가 무거워도 상관없어요. 하지만 들고 다니는 물건, 굴러가는 물건은 달라요. 전지를 키우면 그만큼 무거워지고, 무거워지면 그것을 옮기는 데 전기를 더 써요. 어느 지점을 넘으면 전지를 더 넣어도 더 멀리 가지 못해요. 그래서 오랫동안 이 산업의 성적표는 킬로그램당 몇 와트시냐는 한 줄이었어요. 에너지 밀도라고 불러요. 이 성적표가 나중에 무엇으로 바뀌는지가 이 이야기의 뒷부분이에요.

에너지 밀도와 짝을 이루는 말이 출력 밀도예요. 에너지 밀도가 '얼마나 오래 가느냐'라면 출력 밀도는 '얼마나 세게 힘을 내느냐'예요. 주행거리는 앞쪽이, 가속과 급속 충전은 뒤쪽이 정해요. 그리고 이 둘은 대개 서로를 갉아먹어요. 초기의 선택들은 대체로 이 둘 사이 어디에 서느냐의 문제였고, 두 이름은 뒤에서 계속 나오니 기억해 두세요.

그렇다고 전지가 연료를 이긴 것은 아니에요. 같은 무게의 휘발유가 품은 에너지에 견주면 지금의 전지는 아직 한참 모자라요. 전기차가 기름차만큼 멀리 가려면 전지를 몇백 킬로그램씩 실어야 하는 이유가 이거예요. 이 격차를 조금이라도 좁히는 것이 이 산업이 오십 년 동안 해 온 일의 전부라고 해도 될 정도예요.

문제는 리튬이 순한 원소가 아니라는 거예요. 전자를 잘 내놓는다는 말은 반응을 잘 일으킨다는 뜻이기도 해요. 물과 만나면 격렬하게 반응하고, 공기 중에 그냥 두어도 표면이 변해요. 가장 좋은 성능을 주는 성질과 가장 위험한 성질이 같은 뿌리에서 나오는 거예요. 이제부터 나올 오십 년은 그 한 문장을 어떻게 감당하느냐의 기록이에요.

여기서 기억할 것 이야기에 나올 모든 선택은 '가벼워서 좋다'와 '반응해서 위험하다'라는 리튬의 두 얼굴 사이에서 이뤄집니다.

02석유회사가 왜 석유를 대신할 물건을 만들었을까

1973년, 유가가 치솟았어요. 주유소 앞에 줄이 늘어서고, 기름을 쓰는 모든 산업이 계산기를 다시 두드리던 해예요. 그때 석유회사 엑손은 정반대 방향으로 움직였어요. 석유 다음에 올 에너지를 연구하겠다며 과학자를 대거 뽑아들인 거예요. 기름을 팔아 번 돈으로 기름을 대신할 물건을 찾겠다는 발상이었어요.

그 명단에 스탠리 휘팅엄이 있었어요. 그가 붙잡은 개념은 인터칼레이션, 우리말로는 삽입이에요. 어떤 물질은 얇은 층이 겹겹이 쌓인 구조를 하고 있는데, 그 층과 층 사이에 리튬 이온이 슬쩍 끼어 들어갔다가 다시 빠져나올 수 있어요. 책장에 책을 꽂았다 빼는 것과 비슷해요. 책장 자체가 망가지지 않으니 같은 일을 몇 번이고 되풀이할 수 있다는 게 핵심이었어요.

이 개념이 왜 그렇게 중요했을까요. 전지를 몇 번이나 다시 쓸 수 있느냐가 여기서 갈리기 때문이에요. 그전까지 충전되는 전지는 재료가 녹았다 다시 붙는 방식에 기대는 경우가 많았어요. 그런 방식은 되풀이할수록 모양이 망가지고 용량이 줄어요. 반대로 층 사이를 드나들기만 하는 방식이라면 재료는 거의 그대로 남아요. 오늘날 배터리의 수명을 몇 사이클이냐로 세는 관습이 여기서 나왔어요.

1976년, 휘팅엄은 이황화타이타늄을 양극으로, 리튬 금속을 음극으로 쓴 전지를 시연했어요. 약 2.4~2.5V가 나왔고, 무엇보다 다시 충전이 됐어요. 세상에 처음 나온 충전되는 리튬 전지였어요.

엑손은 곧 물건을 만들었어요. 1977년, 단추처럼 생긴 작은 셀을 스위스 시계업체 에보슈에 공급했어요. 세상을 바꾸게 될 기술의 첫 고객은 자동차도 발전소도 아니라 손목시계였어요. 새 기술의 첫 시장은 언제나 작아요. 작고 비싼 물건, 그러니까 값을 조금 더 치르더라도 가볍고 오래가는 게 이득인 곳부터 열려요.

그런데 1970년대 말, 엑손은 전지 사업을 접었어요. 이유는 두 가지가 겹쳤어요. 유가가 안정되면서 애초에 연구를 시작한 이유가 흐릿해졌고, 리튬 금속 음극에서 불이 날 위험이 좀처럼 잡히지 않았어요. 회사는 기술을 라이선스로 바깥에 넘겼어요. 최초로 만든 쪽이 가장 먼저 손을 뗀 거예요.

엑손이 틀린 판단을 했다고 말하기는 어려워요. 그때 그 전지는 시계에나 들어가는 물건이었고, 위험했고, 회사의 본업과 아무 상관이 없었어요. 다만 그 결정으로 리튬 전지의 다음 장은 미국 바깥에서 열리게 됐어요.

여기서 기억할 것 가장 먼저 만든 쪽이 가장 먼저 손을 뗍니다. 이 이야기에서 몇 번이고 되풀이될 장면의 첫 번째예요.

03불이 나는 배터리, 그리고 포기라는 이름의 진보

초기 리튬 전지의 음극은 리튬 금속 그 자체였어요. 성능만 놓고 보면 이보다 나은 선택이 없어요. 다른 재료에 리튬을 담으려면 그 재료의 무게까지 같이 짊어져야 하는데, 순수한 금속이면 그 짐이 없거든요. 담을 수 있는 리튬의 양도, 만들어 낼 수 있는 전압도 최고예요.

문제는 충전할 때 벌어져요. 방전 때 빠져나갔던 리튬이 충전 때 음극 표면으로 돌아오는데, 이게 고르게 깔리지 않아요. 한 번 튀어나온 자리에 전기장이 몰리면서 그 자리에만 계속 리튬이 붙어요. 그렇게 뾰족한 나뭇가지 모양 결정이 자라요. 덴드라이트라고 불러요. 충전을 되풀이할수록 자란다는 점이 특히 고약해요. 새 제품일 때는 멀쩡하다가 한참 잘 쓰던 물건이 어느 날 문제를 일으키니까요.

이 가지가 양극과 음극 사이를 막고 있는 얇은 분리막을 뚫고 건너편에 닿으면 단락이 나요. 전자가 회로를 빙 돌아가지 않고 셀 안에서 곧장 질러가는 상태예요. 순식간에 큰 전류가 흐르고 열이 나요. 그런데 셀 안에는 불이 붙는 액체, 즉 전해질이 들어 있어요. 열이 화학반응을 부추기고, 그 반응이 다시 열을 내고, 그 열이 또 반응을 부추겨요. 한 번 시작되면 스스로 멈추지 않아요. 이 악순환을 열폭주라고 해요.

분리막이 어떤 물건인지 알면 이 위험이 더 실감 나요. 양극과 음극이 직접 닿지 않게 막으면서 리튬 이온만 통과시키는 아주 얇은 막이에요. 눈에 보이지 않는 구멍이 촘촘하게 뚫려 있고, 전해질이 그 구멍을 채워 이온을 실어 날라요. 전지의 안전은 결국 이 막 한 장이 끝까지 버티느냐에 달려 있어요. 셀 안에서 가장 중요한 부품이 가장 약한 부품인 셈이에요.

1980년대에 업계는 두 갈래로 갈렸어요. 한쪽은 리튬 금속을 어떻게든 길들여 쓰려고 했어요. 분리막을 튼튼하게 만들고, 전해질을 바꾸고, 표면을 코팅했어요. 다른 한쪽은 아예 다르게 생각했어요. 리튬 금속을 빼 버리고, 리튬을 품었다 내놓는 다른 재료를 음극에 쓰자는 거예요. 담을 수 있는 리튬은 줄어들고 전압도 조금 손해예요. 성능만 보면 명백히 후퇴예요.

그런데 상품이 되려면 최고 성능보다 먼저 갖춰야 할 게 있어요. 사고가 나지 않아야 한다는 것이요. 수백만 대가 사람 손에, 주머니에, 침대 머리맡에 놓이는 물건이라면 더 그래요. 성능을 조금 깎아 안전을 사는 거래, 이게 이 산업의 결정적 진보였어요. 더 좋은 재료를 찾아낸 게 아니라 가장 좋은 재료를 포기한 것이 판을 열었다는 뜻이에요.

이 포기가 옳았는지는, 포기하지 않은 회사들이 먼저 답을 내놓게 돼요. 다만 그 전에 재료 쪽 이야기를 마저 해야 해요. 음극 하나만으로는 전지가 되지 않으니, 그 짝이 된 양극이 어디서 나왔는지부터요.

여기서 기억할 것 이 산업의 전환점은 새 재료의 발견이 아니라 최고 재료의 포기였습니다. 뒤에 나올 전고체 이야기가 여기로 되돌아와요.

04노벨상은 왜 발명 40년 뒤에 왔을까

1980년, 옥스퍼드대의 존 굿이너프 연구팀이 리튬코발트산화물이라는 양극 재료를 발표했어요. 줄여서 LCO라고 불러요. 이 재료의 미덕은 리튬을 상당 부분 빼내도 층 구조가 무너지지 않는다는 점이었어요. 무너지지 않으니 다시 채워 넣을 수 있고, 그래서 몇 번이고 충전할 수 있어요.

숫자로 보면 도약이 더 분명해요. 휘팅엄의 전지가 약 2.4~2.5V였는데, LCO를 쓰면 4.0V 이상이 나왔어요. 약 1.7배예요. 전압이 오르면 같은 양의 전기를 흘려도 더 많은 일을 시킬 수 있어요. 재료 쪽에서 실용화의 문턱을 넘긴 것은 이 전압이었다고 해도 지나치지 않아요.

그런데 옥스퍼드대는 이 특허의 가치를 알아보지 못했어요. 권리로 만드는 일을 거절했고, 굿이너프는 LCO로 발생한 로열티를 한 푼도 받지 못했어요. 이후 수십 년 동안 세상에서 가장 많이 팔린 양극 재료였는데도요. 지금 우리가 쓰는 휴대폰 배터리의 뿌리에 있는 재료의 대가가 0원이었던 거예요.

LCO에는 그늘도 있었어요. 코발트가 비싼 금속이라는 점이에요. 손바닥만 한 셀 하나에 들어가는 양은 얼마 되지 않지만, 자동차 한 대를 채울 만큼 쌓이면 이야기가 달라져요. 이 값이 훗날 판을 다시 뒤집는 빌미가 돼요.

양극이 풀렸으니 남은 것은 음극이었어요. 그 일을 일본 화학회사 아사히카세이의 요시노 아키라가 했어요. 처음에는 전기가 통하는 플라스틱인 폴리아세틸렌을 썼는데, 부피가 크고 다루기가 까다로웠어요. 그는 탄소 쪽으로 방향을 틀어 소재를 100종 이상 시험했어요. 그러다 석유를 정제하고 남는 부산물인 석유 코크스에 이르렀어요. 이 재료는 약 0.5V(Li/Li+ 기준)라는 아주 낮은 전위에서 리튬을 받아들였어요. 음극의 전위가 낮을수록 양극과의 차이가 벌어지니까 셀 전압이 높아져요. 리튬 금속을 쓰지 않으면서도 전압 손해를 최소로 줄인 거예요. 1985년, 그는 이 조합을 특허로 출원했어요.

여기서 오늘의 리튬이온 배터리 모양이 완성돼요. 양극도 음극도 리튬을 품었다 내놓는 재료이고, 리튬은 그 사이를 이온 상태로 왔다 갔다 할 뿐이에요. 셀 안에 리튬 금속 덩어리는 없어요. 업계에서는 이 구조를 흔들의자에 빗대요. 의자가 앞뒤로 흔들릴 뿐 어디로도 사라지지 않는 것처럼, 리튬도 양쪽 재료 사이를 오갈 뿐이에요.

세 사람이 나눠 한 이 일은 2019년 10월 9일에야 노벨 화학상을 받았어요. 휘팅엄, 굿이너프, 요시노. 수상 사유는 '리튬이온 전지의 개발'이었어요. 굿이너프는 그때 97세로 역대 최고령 수상자가 됐고, 2023년에 세상을 떠났어요. 상은 발명 40년 뒤에 왔어요. 그사이 이 전지는 이미 세계 곳곳의 주머니 속에 들어가 있었고요.

여기서 기억할 것 발명한 사람, 값을 치른 사람, 돈을 번 사람이 전부 다르다는 것 — 이 이야기 전체를 관통하는 규칙이 여기서 확정돼요.

051991년, 첫 고객은 자동차가 아니었다

이야기를 다시 1980년대 끝으로 돌립니다. 앞 장에서 미뤄 둔 대목, 리튬 금속을 포기하지 않은 쪽에 무슨 일이 있었는지부터예요.

1989년 8월, 일본에서 휴대폰 한 대에 불이 났어요. 쓰던 사람이 화상을 입었어요. 문제가 된 전지는 캐나다 몰리에너지가 만든 리튬 금속 이차전지였어요. NTT가 약 1만 대를 리콜했고, 회사는 법정관리로 넘어갔어요. 리튬 금속을 길들여 쓰겠다던 노선의 종점이었어요.

리튬 금속이 위험하다는 것은 그전에도 알려져 있었어요. 다만 실험실의 위험과 사람이 다치는 사고는 무게가 달라요. 이 사건 뒤 업계의 저울추는 완전히 기울었어요. 앞 장에서 본 '포기'가 옳았다는 것이, 포기하지 않은 회사가 무너지는 방식으로 증명된 거예요.

그리고 1991년, 소니가 세계 최초로 리튬이온 전지를 상용화했어요. 굿이너프의 양극과 요시노가 정리한 구조를 하나의 상품으로 만든 것이었어요. 오해하기 쉬운 대목인데, 소니는 리튬이온 배터리를 발명하지 않았어요. 합쳤을 뿐이에요. 그런데 이 합치는 일이 발명만큼 어려웠어요.

왜 하필 소니였을까요. 힌트는 엉뚱한 곳에 있어요. 소니에는 자기테이프 사업부가 있었어요. 카세트테이프와 비디오테이프를 만들던 곳이에요. 그 일이 무엇이냐면, 아주 얇은 필름 위에 미세한 가루를 균일하게 발라 감는 일이에요. 전극을 만드는 일이 정확히 그래요. 금속 박에 활물질 가루를 고르게 바르고 말아 넣는 거요. 여기에 전지 사업부의 전기화학이 더해졌어요. 재료가 아니라 만드는 기술이 승부를 갈랐다는 뜻이에요.

첫 제품이 들어간 곳은 캠코더였어요. 자동차가 아니라, 어깨에 메고 아이 운동회를 찍던 물건이요. 앞 장의 손목시계와 같은 이유예요. 들고 다니는 물건이라 무게가 곧 상품성이었고, 값을 조금 더 치르더라도 오래 찍히는 쪽이 팔렸어요. 새 전지는 언제나 무게가 비싼 값을 하는 곳부터 들어가요. 노트북이, 그다음에 휴대폰이, 마지막에 자동차가 이 순서를 따라와요.

그때 셀의 에너지 밀도는 약 80Wh/kg, 200Wh/L였어요. 첫해 생산량은 10만 개를 넘었고, 이듬해인 1992년에는 100만 개를 넘어섰어요. 한 해 만에 열 배가 된 거예요. 여기서부터 리튬이온은 실험실 물건이 아니라 공산품이 됐어요.

참고로 성숙한 LCO계 셀은 약 250Wh/kg, 600Wh/L까지 올라왔어요. 1991년 1세대의 약 세 배예요. 삼십 년이 넘게 걸려 세 배요. 같은 기간에 반도체가 어떻게 변했는지를 떠올리면 답답할 만큼 느린 속도예요. 전지는 소프트웨어로 고칠 수 없고, 화학이 정한 한계를 재료를 바꿔야만 넘을 수 있기 때문이에요.

여기서 기억할 것 상용화는 발명이 아니라 제조입니다. 주인공이 연구실에서 공장으로 옮겨 앉는 자리예요.

06노트북에서 자동차까지, 세 번의 도약

리튬이온이 처음 밀어낸 상대는 니카드와 니켈수소 전지였어요. 첫 번째 도약은 노트북에서 일어났어요. 1990년대 중후반, 노트북이 리튬이온으로 갈아타기 시작했어요. 이유는 단순해요. 같은 무게로 더 오래 갔거든요. 덤도 있었어요. 니켈계 전지에는 얕게 쓰고 충전하기를 반복하면 용량이 줄어드는 것처럼 보이는 메모리 효과가 있었는데, 리튬이온에는 사실상 없어요. 아무 때나 꽂아도 되는 전지가 나온 거예요.

두 번째 도약은 곧바로 뒤따랐어요. 휴대폰이 같은 전지를 집어 든 거예요. 전지가 바뀌자 기기의 생김새가 바뀌었어요. 더 얇고 가벼운 노트북, 주머니에 들어가는 휴대폰이 가능해졌어요. 이 대목이 중요한 이유는, 전지가 부품이 아니라 제품의 설계를 정하는 자리로 올라섰다는 신호이기 때문이에요.

시장이 커지자 만드는 쪽이 늘었어요. 1999년, LG화학이 청주에 리튬이온 양산 라인을 세웠어요. 국내 최초였고, 세계에서는 두 번째 양산 설비였어요. 소니가 이 전지를 상품으로 내놓은 지 여덟 해 만에, 만드는 쪽에서 일본을 바짝 따라붙은 거예요. 여기서부터 승부의 성격이 또 한 번 바뀌어요. 누가 더 좋은 셀을 만드느냐가 아니라, 누가 더 싸게 더 많이 만드느냐. 규모의 경제가 작동하는 판이 된 거예요.

한국 3사는 서로 다른 모양을 골랐어요. LG화학은 납작한 주머니처럼 생긴 파우치형에 삼원계를 담는 쪽으로 갔고, 삼성SDI는 소형 셀에서 출발해 단단한 상자 모양인 각형으로 넓혔어요. SK온은 가장 늦게 뛰어들었고요. 한편 일본 파나소닉은 원통형을 고수하며 테슬라의 셀 공급 파트너가 되어 미국 네바다에 함께 공장을 지었어요. 같은 화학이라도 셀을 어떤 모양으로 만드느냐가 회사의 길을 갈랐어요. 모양이 다르면 설비도, 팩을 짜는 방식도, 붙잡을 수 있는 고객도 달라지거든요.

세 번째 도약은 뜻밖의 방식으로 왔어요. 2008년 테슬라 로드스터가 나왔는데, 이 차에 들어간 것은 자동차용으로 새로 만든 전지가 아니었어요. 노트북에 쓰던 18650 원통형 셀 6,831개를 묶은 팩이었어요. 약 53kWh에 공칭 375V. 자동차용 대형 셀이 아직 없으니, 이미 대량으로 싸게 나오던 소형 셀을 그러모아 쓴 거예요. 사실상 노트북 배터리로 굴린 스포츠카였어요. 2010년에는 닛산 리프가 납작한 파우치형 셀을 얹고 나오면서 대량생산 전기차의 문을 열었어요.

판이 커지자 사고의 크기도 커졌어요. 2016년 9월, 갤럭시 노트7이 발화 사고로 약 250만 대 전량 리콜에 들어갔어요. 열폭주라는 전문 용어가 이때 뉴스 자막에 오르며 대중어가 됐어요. 셀 하나의 문제가 회사 전체를 흔들 수 있다는 것을 업계가 확인한 사건이었고, 이후 전지를 감시하고 제어하는 배터리 관리 시스템의 몫이 부쩍 커졌어요.

세 번의 도약은 서로 다른 물건에서 일어났지만 요구는 똑같았어요. 더 싸게, 더 많이, 그리고 절대 사고가 나지 않게. 이 세 가지를 동시에 요구받는 순간, 승부는 다시 원가와 안전으로 돌아와요. 그리고 그 자리에서 오랫동안 무시당하던 재료 하나가 기회를 잡아요.

여기서 기억할 것 기술이 아니라 수요가 판을 키웠고, 판이 커지자 겨루는 항목이 성능에서 원가와 안전으로 옮겨 갑니다.

07값싸다고 밀려났던 LFP는 어떻게 돌아왔을까

1996년, 굿이너프는 이번에는 텍사스에서 또 하나를 찾아냈어요. 파디, 난준다스와미와 함께 발견해 1997년에 발표한 인산철리튬, 줄여서 LFP예요. 코발트도 니켈도 쓰지 않고 철과 인산으로 만든 양극이에요. 결합이 튼튼해서 온도가 올라가도 잘 무너지지 않고, 그래서 불이 잘 나지 않아요. 사이클 수명도 삼원계보다 훨씬 길어요. 값도 싸요.

대신 치명적인 약점이 있었어요. 에너지 밀도가 낮아요. 최신 셀끼리 비교해도 삼원계가 최대 265Wh/kg인 데 비해 LFP는 최대 205Wh/kg이에요. 전기차의 승부가 주행거리로 붙던 시절, 이 차이는 곧 '싸구려'라는 낙인이었어요. 장거리 차에는 니켈과 코발트를 섞은 삼원계, 값싼 차에는 LFP. 그렇게 자리가 정해져 있었어요.

LFP를 상품으로 만들려는 시도가 없었던 건 아니에요. 2001년 MIT에서 갈라져 나온 A123 시스템즈가 나노 크기 인산철로 도전했어요. 결과는 2012년 파산이었고, 회사는 중국 완샹그룹에 인수됐어요. 미국에서 발명되고 미국에서 상용화에 실패한 기술이 그렇게 중국으로 건너갔어요. 앞에서 본 장면이 또 되풀이된 거예요.

중국이 이 재료로 판을 뒤집은 방법은 뜻밖이었어요. 재료를 개량한 게 아니라 담는 방식을 바꿨어요. 자동차에 실리는 것은 셀이 아니라 팩이에요. 셀 여러 개를 묶어 모듈을 만들고, 모듈을 모아 케이스와 냉각 장치와 제어 회로를 붙인 덩어리요. 그런데 팩 무게와 부피의 상당 부분은 전기를 담지 않는 껍데기예요. 그렇다면 모듈 단계를 없애고 셀을 곧바로 팩에 넣으면 어떨까요. 셀투팩이라고 불러요. 껍데기가 줄어든 만큼 같은 부피에 셀이 더 들어가니, 셀 성능이 그대로여도 자동차의 주행거리가 늘어나요.

2020년 3월, BYD가 블레이드 배터리를 내놨어요. 길쭉한 칼날 모양 셀을 팩 바닥에 나란히 깔아 모듈을 없앤 구조였어요. 발표의 백미는 못 관통 시험이었어요. 셀에 못을 박았는데 연기도 불꽃도 없이 표면 온도가 30~60℃에 그쳤어요. 같은 조건에서 삼원계는 500℃를 넘기며 격렬하게 탔고요. 2022년 6월에는 CATL이 3세대 셀투팩인 기린 배터리를 발표했어요. 팩 부피 활용률 72%, 셀 에너지 밀도 최대 255Wh/kg으로 1,000km 주행을 내세웠어요. 2023년 8월에는 4C 급속 충전이 되는 LFP 배터리 선싱을 내놓으며 10분 충전에 400km를 주장했어요. 느리고 약하다던 재료의 약점이 하나씩 지워졌어요.

숫자는 빠르게 뒤집혔어요. 2021년 7월, 중국의 월간 LFP 장착량이 5.8GWh로 삼원계의 5.5GWh를 처음 앞질렀어요. 그해 연간으로도 LFP 79.8GWh가 삼원계 74.3GWh를 넘어 51.7% 대 48.1%가 됐어요. 2020년만 해도 세계 전기차 배터리의 10%에 못 미치던 기술이 2024년에는 약 절반, 2025년에는 55%를 넘겼어요. 중국 내 전기차 판매의 3분의 2가 LFP예요.

다만 세계가 한 방향으로 간 건 아니에요. 2025년 기준 중국 밖에서 실린 배터리는 약 80%가 여전히 니켈계였어요. 값을 먼저 보는 곳에서는 LFP가, 주행거리를 먼저 보는 곳에서는 삼원계가 우세한 채로 시장이 둘로 갈라진 셈이에요.

여기서 기억할 것 재료로 못 이기면 포장을 바꾸면 됩니다. 이번 주인 교체는 화학이 아니라 설계에서 났어요.

08전고체는 언제 온다고들 하나 — 그리고 무엇을 지켜볼 것인가

다음 기술로 가장 자주 거론되는 것은 전고체 배터리예요. 이름 그대로 액체 전해질을 고체로 바꾼 전지예요. 불이 붙는 액체가 셀 안에 없다는 것만으로도 안전 쪽에서 큰 이득이에요. 더 흥미로운 것은 그다음이에요. 고체 전해질이 튼튼하면 오래전에 포기했던 리튬 금속 음극을 다시 쓸 수 있어요. 이 이야기의 세 번째 장에서 걷어냈던 카드를 오십 년 만에 다시 집어 드는 셈이에요.

쉬웠다면 벌써 나왔겠죠. 어려움은 대체로 두 가지예요. 고체와 고체는 서로 딱 맞물리기가 어려워요. 액체는 알아서 틈을 채우지만 고체는 눌러 붙여야 하고, 충전과 방전으로 재료가 부풀었다 줄어들면 접촉면이 떨어져요. 그리고 덴드라이트가 고체 안에서도 자란다는 보고가 계속 나와요. 오십 년 전에 리튬 금속을 걷어내게 만든 그 숙제가 아직 끝나지 않았다는 뜻이에요. 지금 나와 있는 것은 대부분 시제품 단계예요.

일정에 관해서는 조심해서 읽어야 해요. 삼성SDI는 울산에서 2027년 전고체 양산을 시작하겠다고 밝혔고, 900Wh/L 이상을 목표로 내걸고 있어요. 토요타와 BYD도 2027년에서 2030년 사이를 소량 생산이나 양산 시점으로 제시하고 있어요. 다만 이 숫자들은 전부 기업이 내건 목표치예요. 이 분야의 일정은 지금까지 여러 차례 미뤄져 왔어요. '몇 년에 나온다'가 아니라 '몇 년을 목표로 하고 있다'로 읽는 편이 정확해요.

또 하나 지켜볼 것은 나트륨이온 배터리예요. 리튬 대신 훨씬 흔하고 값싼 나트륨을 쓰는 전지인데, 에너지 밀도가 최대 175Wh/kg으로 LFP보다 낮아요. 이 기술의 운명은 성능보다 리튬값에 달려 있어요. 2022년 11월 탄산리튬 가격은 톤당 60만 위안을 넘어 사상 최고를 찍었다가 이후 6만 위안대까지 급락했어요. 리튬이 비쌀 때는 나트륨이 대안으로 떠오르고, 리튬이 싸지면 명분이 흐려져요. 지금 나트륨이온의 생산능력은 리튬이온의 약 1% 수준이고, 2030년에 약 7%가 될 것이라는 전망이 나와 있어요.

값은 계속 내려가는 중이에요. 배터리 팩 평균 가격은 2023년 kWh당 139달러, 2024년 115달러, 2025년 108달러로 해마다 최저치를 갈아치웠어요. 다만 같은 물건의 값이 어디서나 같지는 않아요. 2025년 기준 중국의 팩 평균 가격은 84달러인데 북미는 44%, 유럽은 56% 더 비쌌어요. 화학별로도 LFP 팩이 kWh당 81달러, 삼원계가 128달러로 갈렸고요. 가격표 한 줄에 그 나라의 공장 밀도와 공급망이 통째로 찍혀 나오는 거예요.

그래서 무엇을 보고 있으면 될까요. 넷만 꼽을게요. 첫째, 전고체의 일정이 또 미뤄지는지 아니면 실제 라인이 도는지. 둘째, 중국 밖에서도 LFP 비중이 오르는지 아니면 니켈계 우위가 유지되는지. 셋째, 리튬 가격이 다시 뛰는지 — 그때 나트륨이온과 재활용이 같이 살아나요. 넷째, 급속 충전 속도예요. 충전이 십 분대로 굳어지면 주행거리가 덜 중요해지고, 그러면 에너지 밀도가 낮은 재료의 약점도 같이 옅어져요.

마지막으로 하나만 더요. 이 이야기에서 밀려난 쪽은 대체로 기술이 없어서 밀린 게 아니었어요. 엑손은 최초의 리튬 전지를 만들었고, 굿이너프는 지금도 쓰이는 양극을 두 가지나 발명했고, 소니는 이 상품을 세상에 처음 내놨어요. 그런데 2026년 상반기 기준 세계 전기차 배터리 상위 열 곳 가운데 일곱 곳이 중국 회사이고, 그 합이 72.4%예요. 1999년에 세계 두 번째로 양산 라인을 돌렸던 한국은 LG에너지솔루션 8.6%로 세 번째 자리에 있고요. 먼저 만들기 시작한 쪽과 지금 가장 많이 만드는 쪽이 또 어긋나 있는 거예요. 선발주자 우위라는 말이 이 산업에서만큼은 잘 통하지 않았어요. 다음 차례가 누구일지도 아직 정해져 있지 않고요.

여기서 기억할 것 예언이 아니라 관전법입니다. 전고체 일정, LFP의 세계화, 리튬값, 충전 속도 — 네 곳만 보면 돼요.