BYD의 신규 특허로 본 전고체 배터리 개발 현황과 치열해지는 한일 기술 패권 경쟁

BYD가 차세대 배터리 기술의 최대 난제 중 하나로 꼽히는 전해질 막 관련 신규 특허를 출원하며, 글로벌 전고체 배터리 개발 경쟁이 새로운 국면을 맞이하고 있다. 중국의 공격적인 투자와 일본의 막강한 원천 기술이 정면으로 충돌하면서 2027년을 기점으로 한 차세대 배터리 주도권 싸움이 점점 더 치열해지는 모양새다.

BYD의 신규 특허, 황화물계 전해질의 복합체 설계

BYD가 지난 2026년 5월 중국 국가지식재산권국(CNIPA)을 통해 공개한 특허(등록번호: CN121983643A)는 황화물계 전고체 배터리용 복합 고체 전해질 막과 그 제조 방법에 관한 것이다 . 2025년 10월에 출원된 이 특허는 서로 다른 입자 크기의 무기 고체 전해질을 결합한 계층적 구조를 통해 이온 전도도와 기계적 안정성을 동시에 개선하는 내용을 담고 있다 .

이번 특허는 BYD의 핵심 기술 로드맵과 정확히 일치한다. BYD는 단결정 하이니켈 양극재에 저팽창 실리콘계 음극재를 결합하고, 전해질로는 황화물계 고체 전해질(LPSC)을 사용하는 기술 경로를 채택하고 있다 . 이는 높은 에너지 밀도를 유지하면서도 충·방전 사이클 동안 배터리가 견뎌야 하는 구조적 안정성까지 확보하려는 전략이다.

BYD의 배터리 자회사인 핀드림스 배터리(FinDreams Battery)는 2025년 말, 자사의 고체 전해질 기술을 처음으로 대중에 공개하며 60Ah 용량의 전고체 셀을 선보였다. 이 셀은 현재 주류인 액체 전해질 리튬이온 배터리 대비 약 두 배에 달하는 400Wh/kg의 에너지 밀도를 자랑한다 . 또한 영하 40도에서의 저온 시동은 물론, 단 약 10분 만에 배터리 용량의 80%를 충전할 수 있는 5C 초고속 충전 성능을 지원하는 것으로 알려졌다 . BYD의 수석 과학자는 2026년 4월, 이 기술이 "중대한 돌파구를 앞둔 단계"라면서도 본격적인 상용화에는 여전히 제약이 따른다고 신중한 입장을 보였다 .

중국의 현실적인 상용화 로드맵: 2027년 파일럿, 2030년 본격 양산

중국의 전고체 배터리 상용화 일정은 단순한 구호가 아닌, 단계별로 잘 짜인 설계도에 가깝다.

2025~2027년 (1단계): 당장 최고 성능을 추구하기보다는 흑연 또는 저실리콘 음극재 기반의 황화물계 배터리(에너지 밀도 200~300Wh/kg)를 중심으로 소재, 공정, 평가 체계 등 전체 기술 공급망 구축에 집중하는 시기다 . 이르면 2026년 말부터 2027년 사이에 중국 내 도로에서 시험용 차량들이 모습을 드러낼 것으로 전망된다 .

2027년 (파일럿 생산 이정표): 여러 완성차 업체들이 소규모 양산 시점으로 2027년을 지목하고 있다. BYD는 이 시기에 소규모 차량 탑재를 계획 중이며 , 상하이자동차(SAIC) 역시 파트너사 칭타오파워와 함께 2027년까지 전고체 배터리 양산 및 대규모 납품을 목표로 하고 있다 . 지리자동차(Geely)는 같은 해 1,000대의 시범 운영 차량을 굴릴 예정이다 .

2027~2030년 (2단계): 고실리콘 음극재로의 전환을 통해 차세대 승용차용 배터리의 에너지 밀도를 400Wh/kg까지 끌어올리는 것을 목표로 한다. 광저우자동차(GAC)는 2026년 소규모 차량 테스트를 시작해 2027년에서 2030년 사이 점진적인 양산에 돌입할 것이라고 밝혔다 .

2030년 이후: 중국 배터리 업계의 권위자로 꼽히는 중국과학원 어우양밍가오(Ouyang Minggao) 교수는 2026년 초, 진정한 의미의 대량 생산까지는 최소 3~5년이 더 필요할 것이라고 신중하게 전망했다 . BYD 자체 로드맵에서도 2030년까지 액체 리튬이온 배터리와의 가격 동등성, 즉 '고체-액체 패리티'를 달성하고 약 4만 대의 차량에 탑재하는 것을 목표로 하고 있다 .

한편, 중국 최초의 전고체 배터리 국가 표준은 2026년 7월부터 시행된다. 이 표준은 배터리를 전해질 함량에 따라 분류해, 액체 전해질이 5~10% 포함되면 '하이브리드 고체-액체' 배터리로, 5% 미만이면 '전고체' 배터리로 공식 정의한다 . 이는 기업들의 기술 홍보에 명확한 기준을 제시하는 동시에, 진정한 전고체 배터리에 대한 시장의 신뢰를 구축하는 계기가 될 것이다.

여전히 남아있는 기술적 허들

수많은 특허와 파일럿 라인 발표에도 불구하고, 네 가지 핵심 과제는 여전히 상용화의 걸림돌로 남아있다.

고체-고체 계면 공학은 상용화의 가장 큰 난제로 널리 인식되고 있다 . 액체 전해질이 전극 표면에 자연스럽게 젖어드는 것과 달리, 고체 전해질은 수천 번의 충·방전 사이클 동안 전극과 안정적이고 낮은 저항의 접촉을 유지해야 한다. 이 계면에서 조금이라도 열화가 발생하면 성능과 안전성이 급격히 떨어진다.

황화물 전해질의 불안정성은 계면 문제를 더욱 어렵게 만든다. BYD와 도요타가 선택한 황화물계 전해질은 이온 전도도는 높지만, 수분에 극도로 민감해 일반 대기 중에서 빠르게 성능이 저하된다 . 따라서 특수 건조실 환경에서 제조해야 하므로 막대한 초기 설비 투자와 운영 비용이 발생한다.

제조 공정의 규모 확대 역시 만만치 않은 과제다. 실험실의 소형 셀을 기가와트시(GWh)급 양산 라인으로 옮기는 과정에서는 수율과 품질 균일성, 비용 문제가 현실화된다 . 전고체 배터리의 생산 공정(소재, 장비, 테스트 방식, 패키징 등)은 기존 액체 전해질 배터리와 근본적으로 다르기 때문에 기존 인프라를 활용하기 어렵다 .

마지막으로 비용은 가장 현실적인 장벽이다. 전고체 배터리의 kWh당 생산 비용은 현재 주류 리튬이온 배터리보다 훨씬 높다. BYD는 2027년까지 비용을 15~20배 절감하고 2030년까지 가격 동등성을 달성하겠다는 목표를 세웠지만, 성능 저하 없이 이를 실현하는 것은 엄청난 엔지니어링 도전 과제다 .

중국 대 일본: '양'과 '질'의 경쟁, 그 복잡한 민낯

표면적으로는 중국과 일본의 단순한 2파전으로 보이지만, 실제 경쟁 구도는 훨씬 더 복잡하고 다층적이다.

특허의 양은 중국이 우위. 2025년 한 해 동안 전고체 배터리 분야에서 새롭게 공개된 중국 특허는 전 세계의 44%를 차지하며, 연간 신규 출원 건수에서 일본을 앞질렀다 . 중국은 이제 세계 최대 규모의 연구 파이프라인과 특허 출원 시장을 보유하게 되었다 .

특허의 질과 깊이는 여전히 일본이 우위. 국가별 누적 특허 비중을 보면 일본이 약 37% 를 점유하여 중국의 약 30% 보다 높으며, 특히 고부가가치 기관 특허 및 핵심 원천 특허에서 두각을 나타내고 있다 . 도요타(Toyota)만 해도 1,300개 이상의 전고체 배터리 특허를 보유하고 있으며, 2018년부터 국가적 차원의 지원을 받으며 기술 개발을 주도해 왔다 . 도요타가 확보한 황화물 전해질 소재에 대한 기초 원천 특허는 중국이 보유한 다수의 응용·개량 특허보다 훨씬 근본적이고 가치 있는 것으로 평가된다 .

이로 인해 '응용 특허 대 원천 특허'라는 격차가 발생한다. 중국은 전체 특허 수는 많지만, 실제 양산 단계에서 가장 큰 가치를 발휘할 황화물 전해질과 같은 핵심 소재에 대한 원천 특허는 상대적으로 부족하다는 것이다 .

중국 내부에서도 위기의식이 감지된다. 빠르게 증가하는 특허와 파일럿 라인에도 불구하고, 중국의 주요 인사들은 원천 특허 우위를 바탕으로 한 일본에 주도권을 빼앗길 수 있다는 우려를 공개적으로 표명하고 있다. 이들은 기술의 산업화 단계에서 일본의 원천 IP가 결정적인 무기로 작용할 수 있다고 본다 .

상용화 속도는 중국이 빠를 수 있다. 도요타, 삼성SDI, SK온 등 일본과 한국 기업들은 2026년부터 2029년 사이의 양산을 계획하고 있지만, 대부분의 분석가들은 일정이 지연될 것으로 예상한다 . 반면, 중국의 강점은 방대한 제조 인프라와 공급망의 기민함에 있다. 비록 일본이 더 강력한 원천 특허를 쥐고 있더라도, 비용을 절감하고 생산을 확대하는 데 있어서는 중국이 우위를 점할 수 있다 .

한편, 미국 기업들은 자본력을 앞세우고 있지만 명확한 상용화 경로가 부족하며, 유럽은 주로 프리미엄 틈새 시장을 공략하는 데 집중하고 있어, 글로벌 경쟁의 중심축은 여전히 동아시아에 있다 .

현실적인 미래 전망

BYD의 신규 특허와 중국의 '2027년 파일럿 생산' 공세는 분명히 실질적인 진전이다. 400Wh/kg의 에너지 밀도와 5C 초고속 충전을 지원하는 60Ah 전고체 셀은 더 이상 프레젠테이션 속 개념이 아닌, 실제 샘플로 존재하는 기술이다. SAIC, 지리, 체리, GAC 등도 유사한 프로그램을 가동 중이며, 2026년 중반 시행될 중국의 국가 표준은 전고체 배터리에 대한 정의와 책임을 보다 명확히 할 것이다.

그러나 파일럿 생산과 진정한 대량 상용화 사이에는 여전히 큰 간극이 존재한다. 어우양밍가오 교수가 언급한 '3~5년'이라는 시간표는 개별 기업들의 공격적인 발표에 대한 신중한 현실 인식이다. 계면 공학, 황화물 안정성, 건조실 기반 경제성, 그리고 엄청난 규모의 비용 절감이라는 과제는 단 하나의 특허로 해결될 수 있는 성질의 것이 아니다. 이는 단지 연구실이 아닌, 실제 공장 현장에서 수년간의 반복과 개선을 통해 풀어야 할 숙제이다.

일본의 특허 깊이는 무시할 수 없는 전략적 장벽이다. 도요타의 기초 황화물 특허는 산업화 단계에서 라이선스 생태계와 기술 접근성을 좌우할 가능성이 크다. 하지만 원자재부터 완성된 배터리 팩까지 이어지는 중국의 막강한 제조 역량과 수직 계열화된 공급망은 특허만으로 막을 수 없는 또 다른 차원의 경쟁력이다.

전고체 배터리 경쟁은 2027년으로 끝나는 단거리 경주가 아니다. 이는 두 국면의 장기전이다. 첫 번째 국면(2025-2030년)에서는 누가 파일럿 생산과 비용 절감을 주도하느냐가 관건이고, 두 번째 국면(2030년 이후)에서는 양산 규모가 본격화되었을 때 누가 기술 경로와 IP 주도권을 쥐고 있느냐가 판가름 날 것이다. 현재까지의 정황으로 볼 때, 중국과 일본은 이 경쟁의 각기 다른 부분에서 승리할 수 있는 신뢰할 만한 경로를 모두 가지고 있다.