<2025년 신간> 이차전지 급속충전 최신 기술동향과 전망

CATL은 ’25년 4.21일 ‘Super Tech Day’에서 2세대 Shenxing 배터리를 공개했습니다. 이 배터리는 LFP기반으로, 5분 충전으로 최대 520km의 주행이 가능하며, 영하 10℃에서도 15분만에 5%-80%까지 충전이 가능한 것으로 2025년 내 67종 이상의 전기차 모델에 탑재할 예정이라고 발표하였습니다.

이보다 앞선 ’25.3월에 BYD는 5분 충전으로 약 470km 주행이 가능한 10C 플래시 충전 블레이드 배터리를 발표했습니다. 실리콘 카바이드(SiC) 전력 칩과 자체 개발한 블레이드 배터리로서, 이 기술은 -1000V급, 최대전력 1MW로 충전이 가능한 것으로서 중국 내 4,000개 이상의 초고속 충전소를 구축할 예정이며, Tesla의 super charger보다 빠른 충전 속도를 자랑하며, 전기차 충전 시간을 내연기관 차량의 주유 시간과 유사한 수준으로 단축시켰습니다.

CATL과 BYD의 초고속 충전 기술은 전기차의 충전 시간과 주행 거리 문제를 해결하며, 전기차 대중화를 가속화할 것으로 기대되며 이러한 기술 혁신은 미국과 유럽의 배터리 업체들에게도 큰 도전 과제가 되고 있습니다.

세계 최대의 충전 인프라를 보유하고 있는 중국은 2025년까지 2,000만대 이상의 전기차 수요를 충족할 수 있는 충전 인프라를 구축할 계획이며, 배터리 교환 스테이션 등 다양한 충전 방식을 도입하고 있고, 2024년 10월 기준으로 총 1,188만개의 충전기가 설치되었고, 이 중 공공 충전기는 339만 개입니다.

미국은 2024년말 기준으로 약 20만개의 공공 충전 포트가 운영 중이며, EVgo는 5년간 7,500개의 350kW급 급속 충전기를 설치할 계획으로, 기술 표준화를 통해 테슬라의 NACS(North American Charging Standard) 플러그가 SAE 국제 표준으로 채택되었으며, 주요 완성차 업체들이 이를 채택하고 있습니다.

EU는 2030년까지 350만개의 공공 충전 포인트 설치를 목표로 하고 있으며, 고속도로마다 60km 간격으로 급속 충전소 설치를 의무화했으며 2023년말 기준으로 63만개 이상의 공공 충전기가 설치되었고, 연간 약 41만개의 충전기 설치가 필요한 상황입니다. 기술 표준화로서 CCS(Combined Charging System)가 주요 표준으로 채택되어 있으며, 고출력 급속 충전소(HPC) 설치가 확대되고 있습니다.

한편, 한국은 2030년까지 123만개의 충전기 설치를 목표로 하고 있으며, 이 중 2025년까지 1.2만개의 DC 급속 충전기를 설치할 계획으로서 2022년 말 기준 약 20만 개의 공공 충전기가 설치되어 있으며, 이는 전 세계에서 가장 높은 수준입니다. DC 급속 충전기의 비율은 전체의 약 13%로, 향후 고출력 충전기 설치가 확대될 예정입니다.

향후 급속 충전 기술은 전고체 배터리 및 하이브리드 전지 시스템, 초고전압 충전 시스템(800V 이상), 무선충전 기술 등과 융합되어 새로운 패러다임을 형성할 것으로 보입니다. 이차전지의 급속 충전 기술은 단순한 충전 속도의 문제가 아니라 배터리 소재, 설계, 시스템 통합 기술의 집약체로, 향후 전기차의 대중화 및 배터리 기반 에너지 산업 전반의 경쟁력 강화에 중추적 역할을 수행할 것으로 보입니다.

급속충전용 양극재는 급속충전 시 높은 전류 밀도를 감당할 수 있어야 하므로, 기존의 NCM622이나 NCM811보다 니켈 함량이 더 높은 하이니켈(NCM/NCA) 계열이 주로 사용되며, 급속충전 시 발생하는 산화반응을 제어하기 위해 코팅 기술(예: Zr, Al, Ti 기반 코팅)이 함께 적용됩니다.

음극재는 급속충전 시 리튬 도금(Lithium plating) 위험이 존재하므로 이를 해결하기 위해 최근에는 실리콘 복합 음극재(SiOx, Si-C 복합체)가 주목받고 있으며, 다만 팽창 문제를 완화하기 위한 바인더 개선 및 표면 개질이 병행되고 있습니다.

한편, 전해질은 이온 전도도가 높은 전해질 조성이 필수입니다. 이를 위해 고농도 전해질(HCE, LHCE)이나 첨가제(예: FEC, VC)를 활용해 SEI 형성을 제어하고, 전해질의 열안정성을 향상시키는 기술이 적용됩니다.

특히, 전극 설계 및 구조에서는 전극 내 리튬 이온의 확산 경로를 단축하기 위해 얇은 전극 설계 또는 3차원 구조 전극이 적용되고 있으며, 전도성 첨가제를 최적화하여 내부 저항을 최소화하는 방식도 함께 사용됩니다. 이러한 구조 개선은 충전 시간 단축뿐만 아니라 열 발생 억제에도 기여합니다.

최근에 와서 그 중요성이 더해지고 있는 열 관리 시스템은 배터리 셀 단위에서의 발열 문제를 해결하기 위해 PCM(상변화물질) 기반 냉각, 액체 냉각 시스템, 인공지능 기반 온도 예측 제어 시스템 등 다양한 열 관리 기술이 병행되고 있습니다.

2024년 기준 전 세계 EV 충전기 시장 규모는 약 224억 5천만 달러로 추정되며, 2032년까지 2,570억 달러에 이를 것으로 예상되어 연평균 성장률(CAGR)은 약 35.6%에 달할 것으로 전망되고 있습니다(Fortune Business Insights).

본 리포트는 배터리 급속 충전현황, 급속충전 기술 및 동향, 급속 충전 시스템 적용, 마지막으로 차세대 급속충전 기술 개발 동향까지 폭 넓게 다루고 있으며, 급속 충전에 관한 기본부터 적용에 이르기까지 상세한 내용을 포함하고 있어, 급속 충전에 관한 전지와 충전기 두 영역의 기술을 이해하고 습득하는데 큰 도움이 될 것으로 생각합니다.

본 보고서의 Strong Point는 다음과 같습니다.

① 급속 충전 인프라를 둘러싼 현황에 대한 최신 동향 수록

② 급속 충전 기술을 둘러싼 주요 배터리 OEM 들의 개발 현황 상세 수록

③ 국내/외 급속 충전 기술 정책 및 표준화 동향의 상세 수록

④ 소형부터 Drone, UAM, 자율주행 로봇, EV에 이르기까지 각각의 급속 충전 시스템에 대하여 수록

⑤ 배터리의 무선 급속 충전 등 차세대 충전 기술 및 연구동향에 대하여 상세 수록

<급속 충전 기반 내부 온도 특성 변화 - ① 원통형>

<리튬 도금(Lithium Plating) 방지 목적 배터리 팩 급속 충전 최적화 연구>

목차

1. EV / LIB Market Dynamics

• 1.1 2024년 주요 LIB 업체 배터리(xEV/ESS) 출하량
• 1.2 연도별 LIB 업체 출하량 추이 및 전망 (Shipment)
• 1.3 주요 LIB 업체 가동률 추이
• 1.4 EV 중장기 시장전망 (-2035)
• 1.5 ESS 중장기 시장전망 (-2035)
• 1.6 글로벌 배터리 수급전망
• 1.7 북미/유럽 배터리 수급전망

1. 배터리 급속 충전 인프라 및 개발 현황

• 1.1. 배터리 급속 충전 현황
  • 1.1.1. 급속 충전 인프라를 둘러싼 현황
    • 1.1.1.1. EV의 개발 역사 및 향후 발전 방향
    • 1.1.1.2. EV개발 역사와 충전기 개발 역사
    • 1.1.1.3. 주요 충전 기술 비교
    • 1.1.1.4. 한국의 충전 환경에 대한 설문 조사 분석
    • 1.1.1.5. 중국의 충전 환경에 대한 설문 조사
    • 1.1.1.6. 중국의 고전압 급속 충전 플랫홈 기반 차량 현황
    • 1.1.1.7. 중국의 고전압 급속 충전 인프라 현황
    • 1.1.1.8. 중국의 고전압 급속 충전 지원 정책
    • 1.1.1.9. 미국의 충전 인프라에 관한 설문 조사 분석
  • 1.1.2. 급속 충전 기술을 둘러싼 현황
    • 1.1.2.1. 충전( > 10분) 전지 양산 및 이를 탑재한 EV 출시 시작
    • 1.1.2.2. High C-rate 전지: 주요 업체 현황
    • 1.1.2.3. CATL Qilin battery
    • 1.1.2.4. CATL 2세대 Shenxing Battery 특성
    • 1.1.2.5. BYD의 초급속 충전기술
    • 1.1.2.6. 광저우 그레이터 베이 테크놀로지 주식회사(GBT) XFC 초고속 배터리 셀
    • 1.1.2.7. 광저우 그레이터 베이 테크놀로지 주식회사(GBT) XFC 초고속 배터리 셀 로드맵
    • 1.1.2.8. CATL Qilin battery (Composite 집전체(MPCC)
    • 1.1.2.9. 다공성 집전체(Porous Current Collector : PCC) 도입
    • 1.1.2.10. High C-rate 전지 : 다공성 집전체(PCC) 시트 적용(Murata)
    • 1.1.2.11. High C-rate 전지 : 급속 충전 배터리 비교
    • 1.1.2.12. BYD 초고속 배터리 기술
    • 1.1.2.13. 초급속 충전 기술 : 최대 전력 1MW 출현
    • 1.1.2.14. 주요국가 충전 서비스 현황
    • 1.1.2.15. 글로벌 EV 충전기 시장 전망
    • 1.1.2.16. 주요국가 충전 서비스 현황 : 일본
    • 1.1.2.17. 글로벌 초고출력화 시작
    • 1.1.2.18. 일본에서 초고출력 충전기가 등장
    • 1.1.2.19. 일본 오사카 · 간사이 만국박람회에서 DWPT 시연
• 1.2. 배터리 충전 기본 개요
  • 1.2.1. 리튬이온 배터리 기본 구조 및 충전원리
    • 1.2.1.1. 리튬이온 배터리 충전원리
  • 1.2.2. 리튬이온 배터리 충전 방식
    • 1.2.2.1. 정전류-정전압 충전
    • 1.2.2.2. 다단계 정전류 충전
    • 1.2.2.3. 정전력-정전압 충전
    • 1.2.2.4. 항온 정전압 충전
    • 1.2.2.5. 부스트 충전
• 1.3. 배터리 급속 충전 기술
  • 1.3.1. 급속 충전 기술 개요
    • 1.3.1.1. 배터리 급속 충전 필요성
    • 1.3.1.2. 배터리 급속 충전 적용에 따른 문제점
  • 1.3.2. 급속 충전 기술 설계 전략
    • 1.3.2.1. 배터리 급속 충전 전략 설계 시 고려사항
    • 1.3.2.2. 배터리 급속 충전 프로파일 설계 전략
• 1.4. 배터리 급속 충전 기반 전기화학적 특성 분석
  • 1.4.1. 소재별 내부 특성 변화
    • 1.4.1.1. 급속 충전 기반 내부 특성 변화 - ① NMC-
    • 1.4.1.2. 급속 충전 기반 내부 특성 변화 - ② LFP-
    • 1.4.1.3. 급속 충전 기반 내부 특성 변화 - ③ LTO-
  • 1.4.2. 형상별 내부 특성 변화
    • 1.4.2.1. 급속 충전 기반 내부 온도 특성 변화 - ① 원통형-
    • 1.4.2.2. 급속 충전 기반 내부 온도 특성 변화 - ② 파우치형
    • 1.4.2.3. 급속 충전 기반 내부 온도 특성 변화 - ③ 각형
    • 1.4.2.4. 배터리 급속 충전 인프라 및 시스템 요구사항 - 출력
• 1.5. 배터리 급속 충전 필요 조건
  • 1.5.1. 배터리 급속 충전 인프라 및 시스템 요구사항
    • 1.5.1.1. 인프라 확장
    • 1.5.1.2. 전력
    • 1.5.1.3. ESS
    • 1.5.1.4. V2G
    • 1.5.1.5. 통신 시스템
    • 1.5.1.6. 안전성
    • 1.5.1.7. 충전속도 및 전력 소비 최적화

2. 배터리 급속 충전 기술 소개

• 2.1. 배터리 충전 기술 개요
  • 2.1.1. 온보드(On board) 기반 배터리 충전
    • 2.1.1.1. 온보드 충전 기술 개요
    • 2.1.1.2. 온보드 충전 시스템 구조
    • 2.1.1.3. 온보드 충전 기술 장단점
  • 2.1.2. 온보드(On board) 기반 배터리 충전
    • 2.1.2.1. 오프보드 충전 기술 개요
    • 2.1.2.2. 오프보드 충전 시스템 구조
    • 2.1.2.3. 오프보드 충전 기술 장단점
    • 2.1.2.4. 오프보드 충전 적용 사례
• 2.2. 배터리 충전 시스템 구조 및 원리
• 2.2.1. 온보드 기반 충전 시스템 하드웨어 구성 및 구조
  • 2.2.1.1. 온보드 충전 시스템 개요
  • 2.2.1.2. 온보드 기반 충전 시스템 하드웨어 구조
• 2.2.2. 온보드 기반 충전 시스템 구동 원리
  • 2.2.2.1. 온보드 충전 시스템 구동 개념
  • 2.2.2.2. 온보드 기반 충전 시스템 내 보호 제어 기술
• 2.2.3. 오프보드 기반 충전 시스템 하드웨어 구성 및 구조
  • 2.2.3.1. 오프보드 충전 시스템 개요
  • 2.2.3.2. 온보드 기반 충전 시스템 하드웨어 구성
  • 2.2.3.3. 온보드 기반 충전 시스템 하드웨어 구조
• 2.2.4. 오프보드 기반 충전 시스템 구동 원리
  • 2.2.4.1. 오프보드 충전 시스템 구동 개념

3. 배터리 급속 충전 기술 동향

• 3.1. 국내/외 급속 충전 기술 동향
  • 3.1.1. 국내/외 급속 충전 시장 인프라 현황
    • 3.1.1.1. 국내 급속 충전 인프라 현황
    • 3.1.1.2. 해외 급속 충전 인프라 현황
  • 3.1.2. 국내/외 급속 충전 기술 개요
    • 3.1.2.1. QC(Quick charge) 기술
    • 3.1.2.2. USB Power Delivery(USB PD) 충전 기술
    • 3.1.2.3. GaN(Gallium Nitride) 기반 충전 기술
• 3.2. 국내/외 급속 충전 기술 정책 및 표준화 동향
  • 3.2.1. 급속 충전 인프라 및 표준화 필요성
    • 3.2.1.1. 급속 충전 인프라 확대 필요성 및 보급 현황
    • 3.2.1.2. 급속 충전 인프라 표준화 필요성
  • 3.2.2. 국내/외 급속 충전 기술 표준 및 규제 동향
    • 3.2.2.1. 국내/외 급속 충전 기술 표준 소개
    • 3.2.2.2. EV 급속 충전 기술 표준 적용 동향
    • 3.2.2.3. 급속 충전기 표준 및 규제 현황
  • 3.2.3. 국내/외 급속 충전 기술 개발 정책 및 지원 방안
    • 3.2.3.1. 국내 급속 충전 기술 개발 정책 및 지원 방안
    • 3.2.3.2. 국외 급속 충전 기술 개발 정책 및 지원 방안
  • 3.2.4. 국내/외 급속 충전 기술 특허 동향
    • 3.2.4.1. 국내/외 특허 출원 현황
    • 3.2.4.2. 급속 충전 기술 특허 이슈

4. 배터리 급속 충전 시스템 적용

• 4.1. 소형 어플리케이션의 배터리 급속 충전 시스템
  • 4.1.1. 소형 어플리케이션 충전 시스템 발전
    • 4.1.1.1. 소형 어플리케이션의 개요 및 발전 배경
    • 4.1.1.2. 급속 충전 기술 발전 및 프로토콜 혁신
    • 4.1.1.3. 급속 충전 시스템 및 기술 최적화
    • 4.1.1.4. 배터리 수명 관리 및 안전성 향상 기술 개발
  • 4.1.2. 소형 어플리케이션 급속 충전기의 구조 및 적용 사례
    • 4.1.2.1. 소형 어플리케이션 급속 충전 요구 사항
    • 4.1.2.2. 소형 어플리케이션 급속충전기 하드웨어
    • 4.1.2.3. 소형 어플리케이션 급속충전기 소프트웨어
    • 4.1.2.4. 소형 어플리케이션 급속충전기 적용 사례
  • 4.1.3. 소형 어플리케이션 급속 충전 시스템 개발 동향
    • 4.1.3.1. 스마트폰 충전 시스템 개발 동향
    • 4.1.3.2. 소형 모빌리티 충전 시스템 개발 동향
    • 4.1.3.3. 소형 드론 충전 시스템 개발 동향
    • 4.1.3.4. 무인항공기(UAV) 충전 시스템 개발 동향
    • 4.1.3.5. 자율주행 로봇 충전 시스템 개발 동향
    • 4.1.3.6. 자율주행 로봇용 배터리
    • 4.1.3.7. 4족 보행 로봇 및 휴머노이드 로봇용 배터리
    • 4.1.3.8. 자율주행 로봇(AMR)용 시장 전망
• 4.2. 중대형 어플리케이션의 배터리 급속 충전 시스템
  • 4.2.1. 중대형 어플리케이션 충전 시스템 발전
    • 4.2.1.1. 중대형 어플리케이션의 개요 및 발전 배경
    • 4.2.1.2. 초기 충전 기술에서 초급속 충전으로의 전환
    • 4.2.1.3. 고전압·고출력 충전 기술의 핵심 요소
    • 4.2.1.4. 시스템 통합 및 인프라 최적화
    • 4.2.1.5. 중대형 충전 시스템의 고도화 및 발전
    • 4.2.1.6. 충전 인프라 구축 및 경제성
  • 4.2.2. 중대형 어플리케이션 급속 충전기의 구조 및 적용 사례
    • 4.2.2.1. 중대형 어플리케이션 급속 충전 요구 사항
    • 4.2.2.2. 중대형 어플리케이션 급속충전기 하드웨어
    • 4.2.2.3. 중대형 어플리케이션 급속충전기 소프트웨어
    • 4.2.2.4. DC 급속 충전 시스템 적용 사례(국내)
    • 4.2.2.5. DC 급속 충전 시스템 적용 사례(해외)
    • 4.2.2.6. 수퍼커패시터 기반 충전 시스템 적용 사례
  • 4.2.3. 중대형 어플리케이션 급속 충전 시스템 개발 동향
    • 4.2.3.1. EV 충전 시스템 개발 동향
    • 4.2.3.2. 전기선박 충전 시스템 개발 동향
    • 4.2.3.3. 중대형 퍼스널 모빌리티 충전 시스템 개발 동향

5. 차세대 급속 충전 기술 개발 동향

• 5.1. 배터리 무선 충전 기술
  • 5.1.1. 무선 충전 기술의 필요성
    • 5.1.1.1. 소형 기반 무선 충전 기술 개발 동향
    • 5.1.1.1. 차세대 모빌리티 확산에 따른 충전 방식 발전
    • 5.1.1.2. 유선 충전 시스템의 문제점
    • 5.1.1.2. 중대형 기반 무선 충전 기술 개발 동향
    • 5.1.1.3. 무선 충전 기술 연구 동향(DWPT 등)
    • 5.1.1.4. 무선 충전 기술의 향후 전망 및 과제
  • 5.1.2. 무선 충전 기술 기본 원리 및 구성 요소
    • 5.1.2.1. 무선 충전 기본 원리
    • 5.1.2.2. 무선 충전 시스템 구성 요소
    • 5.1.2.3. 무선 충전 효율/안전성 이슈 및 개선 방안
  • 5.1.3. 주요 무선 충전 방식
    • 5.1.3.1. 자기 유도 방식
    • 5.1.3.2. 자기 공진 방식
    • 5.1.3.3. 복합 무선 충전 방식
    • 5.1.4. 배터리 어플리케이션 내 무선 충전 기술 개발 동향
• 5.2. 배터리 급속 충전 기술 연구 동향
  • 5.2.1. 초급속 충전(HPC) 신기술
    • 5.2.1.1. 초급속 충전 목적 집적회로 토폴로지 최적화 기술
    • 5.2.1.2. 최적 케이블 코어 구조 설계 기반 액냉 케이블(냉각 커넥터) 최적화
    • 5.2.1.3. DC/DC 컨버터를 통한 급속충전 효율 향상 연구
  • 5.2.2. 급속 충전 프로파일 최적화 기술
    • 5.2.2.1. 리튬 도금(Lithium Plating) 방지 목적 배터리 팩 급속 충전 최적화 연구
    • 5.2.2.2. 강화학습 기반 급속 충전 프로파일 최적화
    • 5.2.2.3. 다단계 충전전략 기반 배터리 급속 충전 기술
    • 5.2.2.4. 적응형(Adaptive) CC-CV 프로파일 기반 급속 충전 기술· 265
    • 5.2.2.5. MCC-CV + Pulse 통합 프로파일 기반 급속 충전 기술
  • 5.2.3. 급속 충전 대응 배터리 소재 및 전극 기술
    • 5.2.3.1. 음극재 개선 기반 초고속 충전 연구
    • 5.2.3.2. Li₃PO₄ 기반 급속 충전 성능 및 저온 충전 성능 향상
    • 5.2.3.3. 초고니켈(Ni) 양극 기반 에피택셜 엔트로피(EEC) 코팅 전략
    • 5.2.3.4. 급속 충전을 위한 바인더 프리 리튬이온 배터리 양극 개발
    • 5.2.3.5. UAM용 급속 충전 고성능 LIB : Si계 음극 적용
    • 5.2.3.6. 제어된 용매화 구조 설계에 따른 배터리 전해질 개발
    • 5.2.3.7. LCO 내 Mg 도핑에 따른 최적화된 전극 개발
    • 5.2.3.8. BaTiO₃ 복합화기반 LFP/C 전극의 급속충전 성능 향상
  • 5.2.4. 급속 충전 안전성 및 열관리 기술
    • 5.2.4.1. 배터리 열 관리 목적 하이브리드 단상 침지 냉각 구조 개발
    • 5.2.4.2. 열 스위칭과 자체 가열 방식의 결합