CATL이 한 번에 여섯 개 이상의 배터리 혁신을 공개했습니다

배터리 기술에 관해서는 BYD와 테슬라와 같은 전기차 제조업체에 많은 관심이 집중되고 있거나, 혹은 고체 전해질 배터리와 같은 급진적인 혁신이 있습니다. 그 이유는 이러한 혁신이 유명 브랜드의 상용 차량에 직접 적용되거나, 전기차와 전 세계 에너지 시스템을 근본적으로 바꿀 수 있기 때문입니다.

동시에 배터리 제조의 대부분은 여전히 한 기업, 중국 기업인 CATL이 담당하고 있으며, 이 회사는 전기차 배터리 시장의 42%를 차지하고 전체 리튬이온 배터리 시장(소형 전자제품 및 고정 저장 포함)의 약 36%를 차지하는 것으로 추정됩니다.

출처: cnEVPost

CATL은 산업적 우수성과 지속적인 혁신을 결합하여 3개 중 1개의 배터리를 직접 제조하는 위치를 달성했으며, 배터리 화학을 업계가 제공할 수 있는 최고 수준으로 유지하면서 새로운 설계의 대량 생산으로 신속히 전환할 수 있었습니다.

2026년 4월 21일, CATL은 여섯 가지 배터리 혁신을 대대적으로 발표하며 배터리 기술 분야의 글로벌 리더로서 CATL의 입지를 더욱 공고히 할 수 있음을 알렸습니다.

CATL의 슈퍼 테크놀로지 데이

베이징에서 개최된 이번 행사는 CATL에 가능한 한 많은 긍정적인 홍보 효과를 주기 위해 설계되었으며, 단일 돌파구를 발표하는 것이 아니라 회사 배터리 기술의 주요 성능 대부분을 대폭 향상시키는 내용을 발표했습니다. 여기에는 성능 향상, 여러 새로운 배터리 개념, 그리고 개선된 배터리 교환 시스템이 포함됩니다.

CATL이 발표한 여섯 가지 혁신은:

• Qilin “condensed-state” 배터리, 전기 항공 응용 및 전기차에 활용 가능.
• 3세대 고에너지 밀도, 장거리 “Qilin” NCM 배터리.
• 초고속 충전 LFP 배터리“3세대 Shenxing”.
• 내한성 및 저비용 나트륨 이온 배터리.
• 하이브리드 차량용 듀얼 파워 배터리“Freevoy”.
• 통합 초고속 충전 및 배터리 교환 네트워크

이 새로운 배터리 시리즈를 공개한 핵심 아이디어는 CATL이 이제 배터리 화학 솔루션을 완벽히 다듬어 저가 전기차부터 고급 모델, 하이브리드, 추운 날씨, 고속 충전 요구사항까지 모든 사용 사례와 특정 요구에 맞는 설계를 제공하게 되었다는 점이며, 전기 항공과 같은 새로운 응용 분야도 열어줍니다.

따라서 CATL은 특정 배터리 기술에만 베팅하는 것이 아니라 배터리 화학 및 제조 공정에 대한 매우 깊은 이해를 바탕으로 다양한 솔루션을 제공하고 있습니다.

초고속 3세대 “Shenxing” LFP 배터리

오늘날 많은 전기차가 LFP 배터리(리튬-철-인산염)로 구동되는데, 이 화학은 비용을 낮추면서도 충분히 좋은 성능을 유지할 수 있게 해줍니다.

하지만 LFP 배터리는 충전 속도가 느린 것으로 알려져 있어, 20~30분 동안 ‘연료를 채우는’ 것을 기다리기 꺼리는 많은 잠재적 전기차 구매자들에게 문제점이 됩니다.

핵심 문제는 고속 충전 시 배터리가 과열되어 용량이 손상되고 수명이 단축될 수 있다는 점입니다.

“아레니우스 방정식이 보여주듯, 배터리 온도가 10°C 상승하면 내부 부반응 속도가 대략 두 배가 되며, 이는 사이클 수명을 크게 단축시킬 수 있습니다.”

이 문제는 Shenxing 배터리의 3세대가 작동 중 열 발생을 감소시키고, 열 전도성을 강화하며, 정밀 제어를 높임으로써 해결하고 있습니다.

그 결과, 1,000 사이클 후에도 용량의 90%를 유지하는 초고속 충전 배터리가 탄생했습니다.

“SOC(충전 상태)를 10%에서 35%까지 충전하는 데 단 1분; 10%에서 80%까지는 3분 44초; 10%에서 98%까지는 6분 27초가 소요됩니다.

이 초고속 충전 능력은 −30°C(-22°F)까지의 추운 날씨에서도 어느 정도 유지되어, 20%에서 98%까지 약 9분에 충전됩니다.”

Qilin 3세대

CATL은 LFP 배터리 분야에서 BYD와 발끝까지 경쟁하며 Shenxing으로 다시 시장을 장악하려는 경쟁적인 리더이지만, NCM(니켈-코발트-망간) 화학인 Qilin 혁신을 통해 더 높은 성능과 미래 시장 지배를 목표로 하고 있습니다.

첫 번째 부분은 상용화된 Qilin 디자인의 3^rd 세대로, 프리미엄 장거리 전기차를 위해 설계되었습니다. 이 버전은 셀 에너지 밀도가 280 Wh/kg에 달하며 1,000 km 주행 거리를 가능하게 하고 10C 초고속 충전(0%에서 100%까지 6분 완충)을 지원합니다.

전체 배터리 팩 무게가 단 625kg에 불과해, 동등한 LFP 시스템에 비해 255kg의 무게 감소와 112리터의 공간 절감을 의미합니다. 이는 전기차 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 에너지 효율을 6% 개선합니다.

향상된 밀도는 내구성 개선으로 이어져 섀시 부품 수명이 40% 연장되고 타이어 수명이 30% 이상 증가합니다. 또한 절감된 112리터의 공간으로 실내 헤드룸을 최소 18mm(0.7인치) 늘릴 수 있습니다.

Qilin “Condensed-State” 배터리

두 번째 부분은 이른바 “condensed-state” 배터리 개발로, 액체 전해질을 사용하는 고전적인 리튬이온 배터리와 대량 생산이 어려운 고체 전해질 배터리 사이의 중간 단계입니다.

이 설계는 처음에 CATL이 항공용 배터리로 구상했으며, 전기차에 사용되는 것보다 훨씬 엄격한 안전 기준을 적용했습니다.

이는 셀 에너지 밀도 350 Wh/kg와 부피 에너지 밀도 760 Wh/L에 도달한 최초의 상용 대량 생산 배터리입니다. 전기차에 적용하면 세단은 1,500km, 대형 SUV는 1,000km 이상의 주행 거리를 제공하며, 배터리 팩 무게는 650kg 이내로 제어됩니다.

이 배터리의 독특함은 항공 등급 요구사항에서 비롯됩니다. 따라서 배터리 최초로 사용된 항공 등급 티타늄 합금 케이스를 적용했으며, 두께를 60% 줄이고 무게를 30% 감소시켰으며, 강도를 3배로 높이고 에너지 밀도를 추가로 20 Wh/kg 향상시켰습니다.

또 다른 별도 혁신은 고니켈 양극과 저팽창 실리콘-탄소 음극을 적용해 에너지 밀도를 50 Wh/kg 증가시켰습니다.

세 번째 혁신은 배터리가 겔 형태 전해질을 사용한다는 점으로, 배터리 내부에 삽입될 때만 고체화되지만 고체 전해질 설계에 사용되는 고체 금속보다 더 유연합니다. 이 솔루션은 고체 전해질과 동일한 장점, 즉 누출 및 연소와 관련된 위험을 제거합니다.

추가 안전을 위해 배터리는 새로운 복합 전류 수집자를 사용하며, 이는 내부 단락이 발생할 경우 빠르게 자체 융합되는 퓨즈 역할을 합니다.

고체 전해질 배터리가 종종 배터리 화학의 “성배”로 소개되는 반면, CATL의 condensed state 겔 전해질은 흥미로운 타협점일 수 있습니다: 동일한 안전성, 거의 동일한 높은 에너지 밀도, 그러나 고체 전해질 설계의 제조 복잡성은 없습니다.

항공 등급 티타늄 케이스와 고급 실리콘 음극을 결합하면, 결과적인 밀도와 제조 용이성은 고성능·고밀도 배터리의 성공적인 공식이 될 수 있습니다.

Freevoy 듀얼 파워 배터리

EV와 배터리 산업에서 NCM과 LFP 화학에 대한 논쟁이 격화되는 가운데, CATL의 Freevoy는 타협안을 제시합니다: 왜 둘 다 안 될까요? 이 설계는 두 화학을 동일 배터리 안에 혼합했습니다.

“LFP와 NCM 물질을 구배-균일 혼합 방식으로 결합하고, LFP의 올리빈 결정 구조를 핵심 골격으로 하여 파우더 입자 수준에서 LFP와 NCM 물질의 균일한 하이브리드를 구현합니다.”

이는 에너지 밀도 230 Wh/kg를 달성하고, 단일 LFP 시스템에 비해 배터리 팩 무게를 증가시키지 않으면서 주행 거리를 15% 이상 늘립니다. 이 배터리는 EREVs(연장 주행 전기차)와 PHEVs(플러그인 하이브리드 전기차)에 사용될 예정입니다.

“LFP 버전은 최대 500km 순수 전기 주행 거리를 제공하여 일일 통근 시 ‘주 1회 충전’ 경험을 가능하게 합니다. NCM 버전은 순수 전기 주행 거리를 600km 이상으로 확대하고, 차량 전체 주행 거리를 2,000km 이상으로 늘려 일상 전기 주행과 장거리 여행을 원활히 전환할 수 있는 듀얼 사용 경험을 제공합니다.”

특히, 이 시스템은 완전 충전 시 1.5MW의 순간 전력을 제공하고, SOC 20%에서도 1.2MW를 유지합니다. 이는 이 배터리로 설계된 하이브리드 차량이 오프로드나 저충전 상황과 같은 까다로운 조건에서도 전기 구동계만으로 완전 운행할 수 있으며, 연료 차량의 연료 유연성과 주행 거리 불안감이 없음을 의미합니다.

성능 향상 외에도 Freevoy는 강화된 바닥 코팅을 포함하고 있어 1,500줄의 충격 에너지를 견디며(중국 국가 표준의 10배), 방수 씰링으로 2미터 깊이의 물에 200시간 이상 지속적으로 잠겨도 성능 저하가 없습니다.

Naxtra 나트륨 이온 배터리: 저비용 & 내한성

고속 충전이 개선된 LFP와 고성능이 condensed state로 해결된 후, CATL은 다른 시장인 저비용 에너지 저장에 도전합니다:

비싼 리튬 대신, 나트륨 이온 배터리는 풍부하고 저렴한 나트륨(식염의 구성 요소)을 사용합니다. 이는 리튬 이온 배터리와 유사한 설계(나트륨 이온) 혹은 보다 진보된 고체 상태 나트륨 배터리 설계로도 구현될 수 있습니다.

현재 CATL은 Naxtra 배터리 설계로 나트륨 이온에 집중하고 있습니다. 이는 전기차 모델 및 고정 저장용으로 요구되는 GWh 수준 산업화를 최초로 달성할 나트륨 이온 배터리가 될 것입니다.

이를 실현하기 위해 CATL은 나트륨 이온 설계와 관련된 네 가지 핵심 산업 생산 문제를 해결해야 했습니다:

• 극한의 수분 제어.
• 하드 카본에서의 가스 발생.
• 알루미늄 호일 접착.
• 자체 형성 음극 시스템.

그 결과 175 Wh/kg는 리튬 배터리보다 확실히 밀도가 낮지만 훨씬 저렴합니다. 그리고 여전히 승용 전기차에서 500km(310마일) 주행 거리를 달성할 수 있습니다.

나트륨 이온 배터리는 기본 물리학 덕분에 고유한 장점, 즉 내한성을 가지고 있습니다. 극한의 추위로 인한 주행 거리 손실이나 영구적인 손상은 리튬 기반 배터리에서 반복되는 문제였으며, 업계는 이를 완전히 해결하지 못했습니다.

대조적으로, Naxtra 나트륨 이온 배터리는 -40°C에서 +70°C(-40°F에서 158°F)까지의 극한 온도에서도 우수한 성능을 보입니다.

통합 초고속 충전 & 배터리 교환 네트워크

전기차 인프라와 관련해, 업계의 주요 기업들은 여전히 고출력 고속 충전기와 배터리 교환 옵션 사이에서 고민하고 있습니다.

고속 충전기는 구현이 간단하고 유연성이 높으며, 커넥터만 표준화되어 있으면 사실상 모든 배터리 설계와 호환됩니다.

하지만 배터리 교환은 차량에 3~5분 내에 완전히 충전된 배터리를 제공할 수 있으며, 이는 11C 이상의 성능을 요구하는 최고의 화학조차도 달성하기 어려운 수준입니다. 전반적으로 배터리 교환은 대형 배터리 팩(버스, 트럭)과 높은 에너지 소비 및 시간 민감 비즈니스 모델(택시, 배달 등)을 가진 차량에 주로 고려됩니다.

CATL은 여기서 충전소가 두 옵션 중 하나를 선택할 필요가 없으며, 최소한 중국 내 시장에서는 그렇다고 제안합니다.

대신, 슈퍼 테크놀로지 데이 동안 모든 승용차 “Choco-Swap” 및 대형 트럭 “QIJI” 교환 스테이션에 Shenxing 초고속 충전 시스템을 함께 장착할 것을 제안했습니다.

이 새로운 충전/교환 스테이션 설계는 공유형 소형 변전소와 충전 모듈을 포함하여 전력 손실을 13% 감소시킵니다.

중국 전역에서 CATL은 2026년 말까지 4,000개의 통합 충전·교환 스테이션을 구축할 계획이며, 이는 거의 190개 도시와 전국 고속도로 네트워크를 포괄합니다.

이 회사는 장안, 체리, 광동자동차(GAC), 세레스, SAIC-GM-우링, BAIC 등 중국 자동차 제조업체와 협력하여 2028년 말까지 100,000개의 시설 충전·교환 공유 네트워크를 구축하고 있습니다.

더 큰 그림: 떠오르는 배터리 생태계

CATL의 슈퍼 테크놀로지 데이에서 공개된 여섯 가지 혁신 뒤에는 배터리 기술에 대한 새로운 관점을 형성하고 있습니다. 지금까지 업계는 저렴하면서도 고밀도, 내한성, 연소 안전성, 핵심 광물 없음 등 모든 조건을 동시에 만족하는 완벽한 배터리 기술을 찾는 데 집중해 왔습니다.

대신, 다양한 화학 및 설계의 새로운 패턴이 형성되고 있습니다. 고급 전기차는 고밀도 NCM 배터리(아마도 condensed-state)를 사용하고, 중가 모델은 고속 충전 LFP 배터리를, 저가 모델이나 추운 기후 시장은 나트륨 이온 화학을 사용할 것입니다.

한편, 하이브리드 차량도 전용 개선 배터리를 통해 연료 사용을 줄이고 선택적으로 만들 수 있으며, 일반 연료만으로도 충분하다는 안심을 유지할 수 있습니다. 이는 슈퍼차저 네트워크가 아직 뒤처져 있거나 전력망이 전체 차량을 전기화하기에 충분하지 않은 국가와 지역에 중요한 옵션이 될 수 있습니다.

마지막으로, CATL은 중국 충전 네트워크를 적극적으로 확장하고 있으며, 교환 및 충전 스테이션 개념을 결합하여 모든 사용자 선호에 맞는 스테이션 효율성과 충전 네트워크 효과성을 최적화하고 있습니다.

CATL은 탁월한 규모 덕분에 배터리 산업에서 모든 가능한 니치에 진출하고 종종 그 분야의 지배적인 역할을 차지하는 독특한 기업입니다.

하지만 중국 외 공급망도 비슷한 방향을 취할 가능성이 높습니다: 일괄 설계 대신 프리미엄 전기차 배터리, 중가 모델, 저가 모델용 나트륨 이온 화학, 하이브리드 차량용 배터리, 고정 에너지 저장 등 각 분야에 특화된 공급업체가 등장할 수 있습니다.

마찬가지로, 배터리 교환을 포함한 호환 가능한 충전 표준과 자동차 브랜드 간 협력이 필요하며, 이는 하나의 독특한 솔루션을 강요하여 다른 솔루션을 이기게 하는 경쟁이 아니라 효율적이고 대규모 충전 네트워크를 구축하는 데 필수적입니다.

어떤 면에서는 이것이 논리적이며, 여러 종류의 내연 기관 및 화학 연료가 존재하는 것과 마찬가지로, 이는 광산 트럭, 트랙터, 대형 트럭, 저가 자동차, 레이싱 자동차 등 다양한 용도에 따라 달라집니다.

다음 배터리 세대에 투자하기

CATL (300750.SZ)

우리의 이전 2024년 CATL 전용 투자 보고서에서, 우리는 이미 회사의 기술이 얼마나 진보했는지와 그 기술이 배터리 산업에 대한 지배력을 지속시킬 가능성이 있음을 논의했습니다.

슈퍼 테크놀로지 데이에서의 최신 공개는 이 생각을 강화합니다. condensed state 배터리가 이제 고체 전해질 설계에 대한 실질적인 경쟁자가 될 가능성이 높으며, 고급 LFP와 나트륨 이온 설계는 CATL의 거대한 성장 엔진이 될 것입니다. 이는 뒤처진 자동차 제조업체들에게 저렴한 배터리를 제공하여 전체 라인업을 전기화하는 데 도움이 됩니다.

하지만 전기차가 전부는 아닐 수도 있습니다. CATL은 지난 해 TENER라는 새로운 리튬 배터리를 생산했으며, 이는 벌집 구조 설계로 밀도와 내구성이 크게 향상되었습니다. 그리드 규모 에너지 저장을 위한 이 컨테이너형 배터리 시스템은 5년 전체 운영 후 용량 감소가 전혀 없음을 입증했습니다.

“최첨단 기술과 극한 제조 역량을 바탕으로, 우리는 고활성 리튬 금속의 도전 과제를 해결했으며[…], 이는 산화 반응으로 인한 열 불안정을 효과적으로 방지합니다.”

향후 TENER 버전이 나트륨 이온 기술을 활용한다면, 에너지 저장 컨테이너를 더욱 저렴하고 내한성 있게 만들 수 있을 것입니다.

동일한 내구성은 트럭 전용 배터리 TECTRANS – T Long Life Edition에서도 나타나며, 최대 15년 또는 2,800,000km의 수명을 보여줍니다. 수백만 킬로미터는 일반 ICE 상용 트럭 수명인 800,000–1,600,000km(500,000–1,000,000마일)보다 2~3배 더 깁니다.

따라서 전반적으로 CATL은 계속 성장하는 전기차 시장뿐만 아니라 감소하는 태양광 비용을 활용할 고정 에너지 저장, 그리고 전기화가 시작 단계에 있는 트럭 시장 등에서 큰 성장 여지를 가지고 있습니다.

QuantumScape

일괄형 접근 방식은 배터리 산업이 진화하는 방식이 아닐 수도 있지만, 고밀도 설계는 더 비싼 모델에 적용하거나, 낮은 주행 거리 목표에 적은 셀 수로 설치할 수 있어 마진 이점을 가질 것입니다.

또한 CATL이 배터리 산업에서 매우 중요한 글로벌 공급업체인 반면, 중국 자동차 수출이 전 세계적으로 급증함에 따라 비중국 자동차 브랜드들은 중국 공급망에 대한 의존도를 더욱 늘리는 데 신중할 것이라는 점이 명확합니다.

따라서 고체 전해질 배터리 기술의 선도 개발업체 중 하나인 QuantumScape는 중국 외 배터리 공급업체에 베팅하기 좋은 옵션입니다.

이 회사는 스타트업에서 시작해 세계 2위 자동차 제조업체인 폭스바겐이 전기차 기술을 따라잡기 위한 핵심 파트너로 성장했습니다.

출처: QuantumScape

2025년 9월, 회사는 마침내 실제 상용 차량인 완전 전기 Ducati V21L 레이스 오토바이에 배터리를 선보였습니다.

폭스바겐과의 계약이 회사에 유일한 중요한 계약은 아니며, 주요 글로벌 자동차 OEM(원래 장비 제조업체)과 비공개 공동 개발 계약 및 매출 기준 최고 자동차 OEM, 고급 및 프리미엄 OEM, 고정 저장 및 소비자 전자 제품을 위한 계약도 체결했습니다.

QuantumScape는 세라믹 분리막의 대량 생산을 개선하기 위해 파트너십을 확대하고 있습니다: 9월 30일, Corning과의 협약(GLW )을 발표하여 세라믹 분리막 제조 역량을 공동 개발하고, Murata Manufacturing과도 협력하여 양사의 세계적 수준 세라믹 제조 전문가와 함께 진행하고 있습니다.

전반적으로, 여러 차례 지연 이후 QuantumScape는 생산을 확대하고 고체 전해질 배터리를 시장에 출시할 준비가 된 것으로 보이며, 제조 가능한 모든 배터리를 흡수할 수 있는 매우 대규모 산업 파트너와 함께하고 있습니다.

(우리의 전용 투자 보고서에서 QuantumScape의 기술 및 폭스바겐과의 파트너십에 대해 더 읽어볼 수 있습니다.)

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