Tesla vs. BYD: 누가 더 나은 배터리를 만들까?

전 세계 배터리 시장은 수요가 증가하고 가격이 하락함에 따라 빠르게 성장하고 있습니다. 국제 에너지 기구(IEA)의 최근 보고서에 따르면, 연간 배터리 수요는 지난해 전기차 판매가 25% 증가한 1,700만 대에 대응하여 1 테라와트시(TWh)를 초과하며 사상 최고치를 기록했습니다.

한편, 배터리 전기차용 배터리 팩의 평균 가격은 킬로와트시당 100달러 이하로 떨어졌습니다. 이 수준은 기존 모델과 비용 경쟁을 위한 핵심 기준선으로 흔히 인식됩니다. 특히 리튬 가격이 2022년 최고점에서 85% 이상 하락한 등 저렴한 배터리 원료가 중요한 동인이었습니다.

흥미롭게도, 배터리 산업의 급속한 발전이 가격 인하를 뒷받침하고 있습니다. IEA가 언급했듯이, 전 세계 배터리 제조 능력은 마침내 3 TWh에 도달했으며, 발표된 모든 프로젝트가 구축될 경우 향후 5년 내에 세 배가 될 것으로 예상됩니다.

이 모든 추세가 가리키는 바는 배터리 산업이 개발의 새로운 단계에 진입하고 있다는 것입니다. 그러나 더 중요한 것은 현재 중국이 배터리 생산을 주도하고 있으며, 전 세계 판매되는 배터리의 4분의 3을 차지하고 있다는 점입니다. 이 지역의 평균 가격도 거의 30% 가까이 더 빠르게 하락하여 중국의 전기차가 현재의 경쟁 모델보다 훨씬 경제적으로 만들었습니다.

There are several key reasons for this price advantage, including extensive manufacturing expertise. China has produced over 70% of all batteries ever made, which has given rise to CATL과 같은 거대 기업 and BYD.

다른 이유로는 공급망 통합을 통해 혁신 속도가 빨라지고 제조 비용이 감소했으며, 저렴한 배터리 화학인 리튬-인산철(LFP)을 우선시하고, 치열한 국내 경쟁이 있습니다. 가격 하락이 가까운 미래에 둔화될 수 있지만, 중국은 중기적으로 여전히 가장 큰 배터리 제조업체로 남을 것으로 예상됩니다.

중국의 지배에도 불구하고 일본과 한국이 주요 플레이어로 부상하고 있습니다. 이들 국가는 국내 배터리 생산이 제한적이지만, 해외 투자를 크게 확대하여 한국 기업이 약 400 GWh를 달성한 반면 일본은 60 GWh에 머물고 있습니다.

반면 유럽은 제품 비용이 중국보다 50% 더 높아 현재 어려움을 겪고 있습니다. 그러나 저렴한 LFP 배터리를 생산하려는 노력이 진행 중이며, 한국 기업들이 LFP 배터리 제조에 투자하기 시작했지만 중국 배터리 제조업체는 여전히 확장을 지속할 가능성이 높습니다.

미국에서는 생산자에 대한 세액 공제가 2022년 이후 배터리 제조 능력을 두 배로 늘리는 데 기여했으며, 2024년에는 200 GWh를 넘어섰습니다. 현재 약 700 GWh의 추가 용량이 건설 중입니다. Tesla (TSLA ), 미국 최대 배터리 제조업체는 2024년에 Megapack 및 Powerwall 시스템을 포함해 사상 최대인 31.4 GWh의 에너지 저장 제품을 배치했습니다.

그러나 해당 지역에서 배터리 부품의 국내 제조 능력을 개발하는 것은 비교적 느리게 진행되고 있으며, 양극 및 음극 수요 대부분이 수입으로 충당되고 있습니다.

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Tesla와 BYD 배터리를 분해하여 최고의 배터리를 찾기

전 세계 배터리 시장은 확실히 빠른 속도로 성장하고 있지만, 현재 사용 가능한 배터리 중 어느 것이 더 나은 성능을 제공하는지가 질문입니다. 독일 연방 교육 및 연구부의 재정 지원을 받은 새로운 연구가 바로 그 답을 찾으려 했습니다.

연구의 초점은 BYD의 Blade 배터리와 Tesla의 4680 배터리이며, 두 배터리의 내부 구조를 분석하여 설계와 성능을 비교했습니다. 이 두 제조업체는 전기차 시장을 장악하고 있습니다. BYD는 중국에서 가장 큰 전기차 생산업체이며, Tesla는 북미와 유럽을 선도하고 있습니다.

BYD는 배터리 셀 제조업체로 시작했으며 전 세계적으로 판매된 BEV(배터리 전기차)에서 상당한 시장 점유율을 확보했습니다. 실제로 BYD의 전체 BEV 판매량은 지난해 Tesla를 앞섰습니다.

Tesla는 2022년에 중국 거대 기업 CATL로부터 프리즘형 셀을 공급받아 4680 원통형 셀 생산을 시작했습니다. 이 셀은 이전 셀보다 부피와 용량이 약 5배 커서 에너지 밀도와 비용 절감이 가능했습니다. 탭이 없는 설계는 생산 비용을 더욱 낮춥니다.

또한 BYD의 Blade 배터리는 독특한 셀 설계를 활용해 저비용과 높은 안전성을 갖춘 장수명 셀을 생산합니다.

강력한 시장 점유율을 확보했음에도 불구하고, 이러한 배터리 셀의 내부 설계와 특성에 대한 정보는 거의 없습니다. 독일 RWTH Aachen 대학 전자 이동성 부품 생산공학 연구원인 Jonas Gorsch에 따르면,

자동차용 최첨단 배터리에 대한 심층 데이터와 분석이 매우 제한적입니다.

이들의 작동 방식과 비교를 이해하기 위해 연구팀은 배터리 팩을 분해하고 연구 결과를 Cell Reports Physical Science에 발표했습니다. 이를 통해 차세대 배터리 개발을 위한 설계 지침을 제공하는 것이 목표입니다.

핵심 발견은 Tesla와 BYD의 설계 우선순위에 중요한 차이가 있음을 보여줍니다. BYD 배터리는 비용 효율적인 소재를 사용하고 공간 효율성을 목표로 합니다. 반면 Tesla 배터리는 높은 에너지 밀도와 성능 제공에 중점을 둡니다.

특히, 연구는 향상된 열 관리 덕분에 BYD 배터리 설계가 전반적인 효율성을 더 높인다는 것을 발견했습니다.

다른 주요 발견 중 하나는 Tesla가 전극 연결에 레이저 용접을 사용하는 반면, BYD는 레이저와 초음파 방식을 결합한다는 점입니다. 또한 BYD Blade 셀은 동일한 C-rate에서 Tesla 4680 셀에 비해 부피당 에너지 손실이 절반에 불과했습니다.

Gorsch에 따르면, 이 연구는 Tesla와 BYD의 배터리가 각각 “매우 혁신적인” 설계이며 서로 “근본적으로 다르다”는 점을 강조합니다.

“이 결과는 연구와 산업 모두에게 대형 셀 설계에 대한 벤치마크를 제공하며, 향후 셀 분석 및 최적화의 기준점이 됩니다.”라고 Gorsch는 말했으며, 그의 데이터가 다른 배터리 셀 개발자들이 크기, 형식 및 활성 물질에 대한 결정을 내릴 때 더 나은 선택을 할 수 있도록 도울 것이라고 믿습니다.

그럼에도 불구하고, 다양한 기계적 셀 설계가 전기차 배터리 전극 성능 및 BYD와 Tesla 셀의 수명에 미치는 영향을 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.

배터리를 “더 좋게” 만드는 요소 평가

EV용 배터리 설계 및 선택에 있어서는 비용, 에너지 밀도, 전력 능력, 수명 및 안전성 등 요소들 간에 트레이드오프가 존재합니다.

현재, 서로 다른 셀 화학은 다양한 적용 분야에 적합합니다. 예를 들어, 리튬 인산철(LFP) 배터리는 비용 효율적이며 수명이 길어 저가 차량 부문에 이상적입니다. 반면 고니켈 화학인 NMC811은 뛰어난 에너지 밀도를 제공해 고성능 및 고가 부문에 적합합니다.

이 두 화학 중 선택은 성능, 주행 거리 또는 비용 중 어떤 것에 초점을 맞추느냐에 달려 있습니다.

따라서 자동차 적용에 사용되는 첨단 셀에 대한 데이터를 제공하기 위해, 연구는 두 주요 상용 리튬이온 배터리를 비교합니다 — 성능 중심 설계를 가진 Tesla 4680 셀과 비용 중심 설계를 가진 BYD Blade 셀.

엔지니어들은 셀의 치수와 에너지 밀도, 기계 설계와 전기·열 성능, 각 셀 구성 요소의 소재 분포 및 전극의 소재 구성을 분석했습니다. 또한 사용된 소재 비용과 기업이 셀을 조립하는 과정도 추정했습니다.

연구는 두 배터리 셀의 구체적인 설계 및 성능 특징을 조사하면서, 포맷이 주요 차이점이라고 언급했습니다; Tesla 4680 셀은 부피가 현저히 작은 대형 원통형 셀이며, BYD는 대형 프리즘형 셀 포맷을 사용해 셀 크기 증가와 셀-투-팩 접근 방식을 보여줍니다.

BYD 셀은 나사형 측면 단자를 가지고 있어 셀 간 연결부를 쉽게 분리할 수 있습니다. 이는 프리즘형 셀 포맷 덕분에 가능합니다. 셀의 알루미늄 하우징은 접착제 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름으로 절연되어 있는 반면, Tesla 셀은 하우징 수준에서 직접적인 절연이 없습니다.

연구에 따르면, Blade 셀은 전극 소재로 리튬 인산철(LFP)을 사용해 셀 수준에서 160 Wh/kg 및 355.26 Wh/l의 에너지 밀도를 달성합니다. Tesla 4680 셀은 NMC811(니켈, 망간, 코발트)을 사용해 241.01 Wh/kg 및 643.3 Wh/l의 에너지 밀도를 보입니다.

팀은 전극 시트를 고정하기 위해 두 회사 모두 업계 대부분의 제조업체가 사용하는 방식과는 다른 새로운 방법을 사용한다는 것을 발견했습니다.

BYD Blade가 사용하는 방법은 전극 스택에 새로운 공정 단계로 분리막 가장자리를 라미네이트하는 방식을 포함합니다. 분리막은 양극과 음극 사이에 위치합니다. Tesla도 배터리용 새로운 바인더를 사용하며, 이는 전극 내 활성 물질을 결합하는 물질입니다. 연구자들은 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)와 폴리아크릴산(PAA)을 바인더로 확인했습니다.

셀 수준에서 Tesla 4680 셀의 에너지 밀도는 부피 기준으로 1.8배, 질량 기준으로 1.5배 정도 BYD Blade 셀보다 우수합니다.

비용 측면에서, 더 큰 BYD Blade 셀은 LFP 배터리의 비용 이점을 누려 현재 가격 수준에서 €10/kWh 저렴합니다. 연구에 따르면, BYD의 양극 활성 물질(AAM) 비용은 Tesla보다 높으며, Tesla는 에너지 밀도가 높은 AAM을 사용합니다.

연구는 또한 배터리가 최대 용량 대비 충전·방전 속도에서 상당한 차이를 보인다는 것을 발견했습니다.

Tesla와 BYD 배터리는 매우 다르지만, 예상치 못한 유사점도 공유합니다. 두 제조업체 모두 얇은 전극 호일을 연결하는 독특한 방식을 사용합니다. 업계에서 초음파 용접이 많이 사용되지만, 이들은 레이저 용접을 활용합니다.

또한, BYD 셀이 Tesla보다 훨씬 크지만, 버스바, 하우징, 전류 수집기와 같은 수동 셀 구성 요소 비율은 두 경우 모두 유사합니다. 두 셀 모두 실리콘 이산화물(SiO2)이 없는 흑연(리튬이온 배터리에서 흔히 사용되는 양극 소재) 양극을 사용합니다.

우리는 두 셀의 양극에 실리콘 함량이 전혀 없다는 사실에 놀랐습니다. 특히 Tesla 셀에서는 더욱 그렇습니다. 연구에서는 실리콘이 에너지 밀도 향상의 핵심 소재로 널리 인식되고 있기 때문입니다.

– Gorsch

혁신적인 기업

QuantumScape

Tesla와 BYD가 배터리 기술 분야를 선도하고 있지만, 다른 기업들도 상당한 진전을 보이고 있습니다.

이에는 고체 상태 리튬-금속 배터리 기술로 빠른 충전, 높은 에너지 밀도 및 향상된 안전성을 제공하는 것으로 알려진 QuantumScape (QS ) 가 포함됩니다. 이 기술은 전기차뿐만 아니라 소비자 전자제품 및 고정식 저장소와 같은 다른 분야에도 적용되고 있습니다.

QuantumScape의 배터리 셀은 기존 양극에 사용되는 호스트 소재를 포함하지 않으며, 방전 상태에서 양극 없이 제조되어 무게를 줄이고 효율성을 향상시킵니다.

이 회사는 약 25°C에서 약 800 사이클 동안 높은 전력 밀도에서도 수지상 결정(덴드라이트) 형성을 억제할 수 있는 독특한 세라믹 분리막을 선보였습니다. 이 분리막은 액체 전해질보다 더 안정적이고 안전합니다.

QuantumScape는 시가총액 20억 8천만 달러이며, 주가는 현재 $3.78로 올해까지 26.6% 하락했습니다. 이에 따라 EPS(TTM)는 -0.94, P/E(TTM)는 -4.05입니다.

가격 실적의 약점은 관세 불확실성에 시달리는 광범위한 주식 시장 정서를 반영합니다. 그러나 QuantumScape에는 더 많은 요소가 있습니다. 이 회사는 지난 1년 동안 배터리 및 전기차 시장이 급속히 변화하고 경쟁이 심화되면서 역풍을 겪고 있습니다. 투자자들은 QuantumScape의 기술 상용화 능력에 우려를 표하고 있으며, 현금 보유액은 강하지만 이를 지속할 수 있을지는 두고 봐야 합니다.

QuantumScape는 2024년 말에 9억 1,080만 달러의 유동성을 보유했으며, 이는 2028년 하반기까지 지속될 것으로 예상됩니다.

이제 재무 상황을 자세히 살펴보면, 2025년 1분기 실적은 2025년 4월 23일에 발표될 예정이며, 2024년 기준으로 회사는 GAAP 순손실이 4억 7,790만 달러(2023년 4억 4,510만 달러 대비 증가)였고, EBITDA 손실은 2억 8,500만 달러였습니다. 이 기간 동안 자본 지출은 6,210만 달러였습니다.

주주 서한에서 회사는 2024년을 “전환점”이라고 부르며 네 가지 핵심 목표를 달성했다고 밝혔습니다. 여기에는 Alpha-2 샘플 출하, (더 빠르고 효율적인 분리막 열처리 공정) Raptor의 확대, 그리고 고급 Cobra 분리막 열처리 장비 출시가 포함됩니다.

마지막으로 달성된 목표는 제품 측면에서 QSE-5 셀의 데뷔였습니다. 회사는 저온 작동, 10C 방전 전력, 12분 조금 넘는 빠른 충전, 844 Wh/L의 에너지 밀도를 자랑하는 QSE-5 셀의 저볼륨 B0 샘플 생산을 시작했습니다.

“이러한 성능 특징의 조합은 우리 기술 플랫폼이 창출할 수 있는 매력적인 가치를 보여줍니다: QSE-5는 업계에서 타의 추종을 불허하는 무타협 고체 배터리를 대표합니다.”라고 CEO Siva Sivaram과 CFO Kevin Hettrich가 서한에서 언급했으며, 그들의 “미션은 전기차와 에너지 저장 산업을 혁신하는 것”이라고 밝혔습니다.

지난 해 또 다른 주요 발전으로 QuantumScape가 Volkswagen 그룹의 배터리 제조 회사인 PowerCo와 파트너십을 체결했습니다. 이 파트너십의 초점은 EV용 QSE-5 기술 플랫폼을 산업화하여 PowerCo 자체 시설에서 기가와트시(GWh) 규모 생산을 실현하는 것입니다.

2025년을 위해, 회사는 자본 지출을 4,500만 달러에서 7,500만 달러 사이로, 조정 EBITDA 손실을 2억 5,000만 달러에서 2억 8,000만 달러 사이로 전망합니다. 올해 주요 초점은 기술 플랫폼을 준비하여 고체 상태 리튬-금속 기술을 시장에 출시하는 것입니다.

QuantumScape의 올해 주요 목표에는 전체 생산 흐름이 구축되고 충분한 품질 및 수율을 달성하면 Cobra를 기본 생산으로 전환하는 것이 포함됩니다. 또한 PowerCo와 협력해 더 높은 규모의 QSE-5 B1 샘플 생산을 달성하는 것을 목표로 합니다.

고용량 분리막 및 셀 생산 설비가 모두 설치되면, 다음 단계는 고객 테스트를 위한 QSE-5 B1 샘플을 2026년까지 배송하는 것입니다.

올해 또 다른 주요 초점은 상업적(라이선스) 파트너십 확대이며, 이는 이미 두 자동차 OEM과의 활발한 논의를 통해 구체화되고 있습니다.

“이 목표들을 실행함으로써 우리는 고체 배터리 분야의 글로벌 리더로서의 입지를 더욱 확고히 할 것입니다.”라고 회사는 밝히며, 이를 통해 차세대 배터리 기술을 산업화하고 에너지 저장을 혁신하며 주주에게 뛰어난 가치를 제공한다는 장기 목표에 한 걸음 더 다가갈 것입니다.

결론

배터리는 전 세계에서 진행 중인 전기차 혁명의 핵심 요소입니다. 전기차 시장이 성장하고 전력화 및 재생 에너지 통합을 위한 에너지 저장 추세가 상승함에 따라 배터리의 역할은 시간이 지날수록 더욱 커질 것입니다.

현재 BYD의 Blade와 Tesla의 4680이 시장을 선도하고 있지만, 내부 메커니즘에 대한 정보는 거의 없습니다. 따라서 최신 연구는 이러한 최상위 배터리 기술의 설계와 성능에 대한 드문 통찰을 제공하며, 두 선도 기업이 동일한 문제를 어떻게 다르게 해결하는지를 보여줍니다.

특히, BYD는 비용과 효율성에, Tesla는 성능에 초점을 맞추고 있음을 밝혀냅니다. 이러한 배터리 설계의 혁신적이면서도 상이한 철학을 공개함으로써 제조업체와 차세대 배터리 개발자들에게 의미 있는 도움을 줄 수 있는 잠재력이 있습니다.

공유된 통찰은 더 저렴하고 안전하며 수명이 긴 배터리 개발로 이어질 수 있습니다. 배터리 기술이 진화함에 따라 더 높은 효율성과 확장성을 제공하는 최첨단 셀 개발이 이루어질 것이며, 이는 궁극적으로 전기차의 미래를 더욱 우수하고 진보된 방향으로 이끌 것입니다.

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참조 연구:

1. ​Gorsch, J., Schneiders, J., Frieges, M., Kampker, A., Muñoz Castro, M., & Siebecke, E. (2025). Contrasting a BYD Blade prismatic cell and Tesla 4680 cylindrical cell with a teardown analysis of design and performance. Cell Reports Physical Science, 6(3), 102453. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2025.102453