CATL이 나트륨이온 배터리(Natrium-ion Battery)의 출시 시기와 성능을 밝히며, 본격적으로 리튬이온배터리와의 경쟁을 선언했다. 낮은 가격과 안전성을 경쟁력으로 전기차 배터리 시장을 공략하겠다는 것인데, 원재료 수급 과정에서 환경오염 등 이슈가 있고, 그간 꾸준히 연구돼 온 NCM 배터리의 경쟁력을 어떻게 극복할 것인지 귀추가 주목된다.

CATL은 21일 개최한 TECH DAY 2025에서 나트륨이온 배터리(Natrium-ion Battery) 낙스트라(Naxtra)를 2025년 12월부터 대량 생산하겠다고 밝혔다.

소디엄(Sodium, Na)이라고 불리는 나트륨은 알칼리 금속에 속하는 화학 원소로 기호는 Na이고, 원자 번호는 11이다. 자연상태로는 생성되지 않으며, 화합물로부터 추출이 가능하다.

나트륨은 반응성이 높기 때문에 금속으로서 이용 정도는 낮다.

나트륨이온 배터리는 주기율표상 3번 리튬(Li)과 함께 1족 원소로 작동 원리가 리튬이온 배터리와 비슷하기 때문에 과거부터 많은 연구가 진행돼 왔다.

다만 에너지 밀도가 NCM(니켈, 코발트 망간), LFP(리튬인산철) 배터리보다 더 낮고, 무겁고, 부피가 커서 현재까지 전기차에 대중화 되지 않고 있었다.

CATL은 지난 2021년 차세대 배터리로 나트륨이온 배터리를 개발, 상용화 하겠다고 발표한 바 있는데, 이번 발표를 통해 개발이 완료된 것으로 보인다.

CATL이 발표한 자료에 따르면 에너지 밀도를 175Wh/㎏까지 높인 것으로 나타났다. 이는 LFP 배터리와 밀도 차이가 거의 없는 것으로 분석된다.

CATL의 발표에 따르면 1회 완충시 500㎞를 주행할 수 있는 것으로 알려졌다.
 

또한 단점인 부피 문제도 CTP(Cell To Pack) 방식으로 해결한 것으로 알려졌다.

나트륨이온배터리의 원료인 나트륨은 일단 리튬보다 훨씬 싸다. LFP와도 비교했을 때 낮은 가격이 장점이다.

2024년 SNE리서치가 발표한 ‘나트륨이온배터리(SIBs) 기술개발 동향 및 시장 전망(~’35)’ 리포트에 따르면, 나트륨이온배터리와 리튬이온배터리(LIBs, LFP 양극재 기준)의 가격 차이가 2035년 최대 24%까지 발생할 전망이다.

이 차이는 LIBs 가운데서도 가격이 저렴한 것으로 알려진 LFP LIBs를 기준으로 한 것으로 NCM 양극재와 대비했을 때의 간극은 이보다 더 클 것으로 예상됐다.

또한 나트륨이온배터리는 전기 화학적 안정성이 높고, 저온에서의 성능 저하가 심하지 않다.

이에 중국이 지난 4월15일 발표한 2차 전지 안전 기준에도 충족할 것으로 보인다.

강화된 안전 기준에는 열 폭주 현상이 없어야 하고, 어떠한 외부 충격에도 견뎌야 하며, 300회 이상의 초급속 충전에도 아무런 문제가 없어야 한다.

CATL Tech Day 2025에서 발표한 내용에 따르면 CATL의 나트륨이온배터리는 압착, 천공, 절단에도 폭발하지 않는 특성을 보였다.
 

나트륨이 반응성이 높음에도 불구하고 나트륨이온 배터리가 안전성이 높은 이유는 전극 재료와의 호환성에 있다.

리튬 배터리는 고에너지 밀도를 위해 매우 반응성이 높은 전극 물질을 사용해야 하지만 나트륨이온 배터리는 상대적으로 안정적인 전극 재료인 프러시안블루, 산화물 계열 등과 호환이 가능해 화학적 반응성이 낮아진다.

이에 나트륨 자체는 반응성이 높지만 배터리에서 상대적으로 안정적인 작동이 가능하다.

또한 나트륨 이온은 리튬 이온보다 무겁고 크기가 커서 이동속도가 느리며, 전해질과의 반응이 더 온화하다.

일부 고체 및 액체 전해질 시스템에서 리튬보다 낮은 부식 및 덴드라이트 성장 문제를 야기하지 않으며, 비교적 안전한 전해질 환경을 제공한다.

이에 나트륨이온 배터리는 화학적으로 안정적인 특성을 가진 전극 및 전해질 조합과 느린 이온 이동, 낮은 작동 전압 등의 이유로 반응성이 낮고 안정성이 우수한 배터리 시스템을 형성한다.

글로벌 시장에서 CATL 이외에도 수많은 업체들이 나트륨 이온 배터리를 연구하고 있다.

2021년 CATL이 차세대 배터리로 나트륨이온배터리 개발과 생산을 발표 이후 BYD, Yadi, JAC 등이 나트륨이온배터리를 개발하고 있다. 중국 기업들이 계획한 나트륨이온배터리의 생산능력은 2035년 464GWh로 분석됐다.

중국 외에도 영국의 Faradion, 스웨덴의 Altris, 프랑스의 Tiamet, 미국의 Natron Energy가 나트륨이온배터리의 양산 계획을 발표한 바 있다.

국내에서는 에너지11이 기술개발을 해 왔으며, 최근 산업통상자원부가 지원하는 ‘나트륨이온전지 양극소재개발’ 과제를 에코프로비엠이 주관기관으로 선정돼 한국전기연구원, 성균관대학교 등과 같이 연구하고 있는 것으로 알려져 있다.

이처럼 CATL이 나트륨 이온 배터리의 본격적인 출시를 발표하며, 업계에 충격파를 던졌지만 가격 경쟁력에도 불구하고, 나트륨 이온 배터리가 바로 리튬 이온 배터리 시장을 뒤집기는 시간이 걸릴 전망이다.

우선 리튬이온 배터리의 경우 같은 크기에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있어 전기차에서 같은 CTP 방식의 배터리 설치라면 더 많은 거리를 주행할 수 있는 장점이 있다.

또한 리튬이온 배터리는 전력 공급이 안정적이고 즉각적인 전력 활용이 가능하고, 이미 다양한 산업에서 표준 기술로 자리 잡아 신뢰성이 높고, 지속적인 성능 개선이 이뤄지고 있는 상황이다.

더불어 저렴한 원료비가 장점으로 나트륨 배터리의 원료인 소디엄은 자연상태로 존재하지 않고, 탄산나트륨 같은 화합물로 존재하기 때문에 이를 생산해야 하는데 생산 과정에서 이산화탄소의 배출이 높고, 폐기물은 수질 오염을 유발할 수 있어 생태계에 부정적 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

이에 탄소 배출을 막기 위한 친환경 자동차인 전기차가 오히려 탄소배출의 주범이 될 수 있는 상황으로 반전될 수 있기 때문에 이와 관련된 연구도 수반돼야 할 것으로 보여진다.