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전고체 전지

All-Solid-State Battery

전고체 전지는 양극과 음극 사이에서 리튬이온을 이동시키는 전해질을 기존의 액체 대신 고체로 만든 차세대 배터리다. 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 배터리보다 화재 위험을 낮추고 에너지 밀도를 높일 잠재력이 있어 차세대 전기차 배터리 기술로 주목받고 있다.

기존 리튬이온 배터리는 가연성 유기계 액체 전해질을 사용하고 양극과 음극의 직접 접촉을 막기 위해 분리막을 둔다. 반면 전고체 전지는 고체 전해질이 이온 이동 통로 역할과 양극·음극을 물리적으로 분리하는 역할을 함께 할 수 있어 액체 전해질과 기존 형태의 분리막을 사용하지 않는 구조가 가능하다.

전해질이 고체이기 때문에 액체 전해질의 누액이나 발화 위험을 줄이고 열적 안정성을 높일 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. 다만 전고체 전지도 내부 단락이나 소재 열화 등에 따른 안전 문제가 발생할 수 있어 화재나 폭발 위험이 완전히 사라지는 것은 아니다.

전고체 전지는 높은 에너지 밀도를 구현할 잠재력도 갖는다. 특히 흑연이나 실리콘계 음극 대신 에너지 밀도가 높은 리튬메탈(Lithium Metal) 음극을 적용하기에 유리해 같은 무게와 부피에 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 이에 따라 전기차에 적용하면 배터리의 무게와 부피를 줄이면서 주행거리를 늘릴 수 있을 것으로 기대된다. 다만 전고체화 자체가 높은 에너지 밀도를 보장하는 것은 아니며 실제 성능은 전극 소재와 셀 구조 등에 따라 달라진다.

고체 전해질은 크게 황화물계, 산화물계, 고분자계(폴리머계) 등으로 나뉜다. 황화물계는 이온전도도가 높고 전극과의 접촉성이 우수해 자동차용 전고체 배터리의 유력한 후보로 평가되지만 수분에 민감하고 제조공정 관리가 까다롭다. 산화물계는 화학적·열적 안정성이 높은 반면 단단한 소재 특성 때문에 전극과 전해질의 계면 접촉을 확보하기 어렵다. 고분자계는 가공과 대량생산이 상대적으로 쉽지만 상온에서 이온전도도가 낮다는 한계가 있다.

상용화를 위해서는 고체 전해질의 이온전도도뿐 아니라 전극과 전해질 사이의 계면저항, 충·방전 과정의 균열과 부피 변화, 리튬 덴드라이트, 수명, 대량생산 공정과 높은 제조비용 등의 문제를 해결해야 한다. 따라서 높은 안전성과 에너지 밀도라는 장점에도 불구하고 대규모 양산에는 기술적·경제적 과제가 남아 있다.

삼성SDI, LG에너지솔루션, SK온을 비롯해 일본 도요타와 닛산, 중국 CATL·BYD 등 세계 주요 배터리·자동차 기업들이 전기차용 전고체 배터리 상용화를 목표로 기술 경쟁을 벌이고 있다. 전고체 전지는 기존 리튬이온 배터리의 한계를 보완할 유력한 차세대 배터리 기술로 평가된다.

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삼원계 배터리

NMC batteries

삼원계 배터리는 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) 등 세 가지 금속을 조합한 양극재를 사용하는 리튬이온 2차전지다. 대표적으로 NCM(Nickel-Cobalt-Manganese) 계열이 있으며, 높은 에너지 밀도를 바탕으로 장거리·고성능 전기자동차 등에 주로 사용된다.

삼원계 배터리의 대표적인 양극재인 NCM은 리튬·니켈·코발트·망간 산화물로 구성된다. 일반적으로 니켈 함량을 높이면 에너지 밀도와 주행거리를 향상시킬 수 있고, 코발트는 구조적 안정성과 수명 유지에, 망간은 안정성과 비용 절감 등에 기여한다.

초기에는 니켈·코발트·망간의 비율이 1:1:1인 NCM111이 널리 사용됐으나 이후 NCM523, NCM622, NCM811 등으로 니켈 비중을 높이는 고니켈(High-Nickel) 기술이 발전했다. 최근에는 니켈 비중을 90% 이상으로 높이면서 코발트 사용량을 줄이는 초고니켈 양극재 개발도 진행되고 있다.

삼원계 배터리는 리튬인산철(LFP) 배터리에 비해 에너지 밀도가 높아 같은 무게와 부피에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. 이에 따라 긴 주행거리와 높은 출력이 요구되는 중·대형 및 고성능 전기차에서 경쟁력을 갖는다. 반면 니켈과 코발트 가격 및 공급망의 영향을 많이 받고 LFP보다 열적 안정성 확보가 어렵다는 단점이 있다.

이를 개선하기 위해 배터리 업계에서는 고니켈화와 함께 코발트 사용량을 줄이는 기술, 단결정(Single Crystal) 양극재, 열 안정성 향상 기술 등을 개발하고 있다. 한편 니켈·코발트·알루미늄을 사용하는 NCA(Nickel-Cobalt-Aluminum)도 높은 에너지 밀도를 갖는 대표적인 삼원계 양극재로 분류된다.

2020년대 들어 LFP 배터리가 가격과 안전성을 앞세워 보급형 전기차와 ESS 시장에서 빠르게 성장하면서 삼원계 배터리와 시장을 양분하는 구조가 형성되고 있다. 삼원계는 상대적으로 높은 에너지 밀도가 필요한 장거리·고성능 전기차에서, LFP는 가격·수명·안전성이 중요한 보급형 전기차와 ESS에서 강점을 보인다.

2026년 현재 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 한국 배터리 기업들은 고니켈 NCM·NCA 계열 배터리에 높은 기술력을 보유하고 있으며 북미·유럽 시장을 중심으로 사업을 전개하고 있다. 다만 세계 EV 배터리 시장에서는 중국 CATL과 BYD의 점유율이 크게 확대되면서 한국 기업들도 기존 삼원계 중심 전략에서 LFP·ESS 등으로 제품군을 다변화하고 있다. 2026년 1~4월 중국을 제외한 세계 EV 배터리 시장에서도 한국 3사의 합산 점유율은 28.7%로 전년 동기보다 8.5%포인트 하락했다.

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리튬인산철 배터리

lithium iron phosphate battery

리튬인산철 배터리(Lithium Iron Phosphate Battery, LFP Battery)는 리튬(Li)·철(Fe)·인산염(PO₄)을 기반으로 한 리튬인산철(LiFePO₄)을 양극재로 사용하는 리튬이온 2차전지의 한 종류다. 높은 안전성과 긴 수명, 상대적으로 낮은 원가가 특징으로 전기자동차와 에너지저장장치(ESS) 등에 널리 사용된다.

LFP 배터리는 1990년대 존 구디너프(John B. Goodenough) 연구진 등이 리튬인산철을 리튬이온전지의 양극 소재로 제시하면서 개발됐으며, 이후 상용화가 진행됐다. 니켈·코발트·망간 등을 사용하는 삼원계 배터리(NCM·NCA)에 비해 에너지 밀도가 낮아 같은 용량을 구현하려면 무게나 부피가 커질 수 있다는 단점이 있다. 반면 열적·화학적 안정성이 높아 화재 위험이 상대적으로 낮고 충·방전 수명이 길며, 니켈과 코발트 등 고가 금속을 사용하지 않아 원가와 원재료 가격 변동 위험을 낮출 수 있다는 장점이 있다.

초기에는 낮은 에너지 밀도 때문에 주행거리가 중요한 전기차 시장에서 삼원계 배터리에 밀렸으나, 중국의 CATL·BYD 등을 중심으로 기술개발과 대량생산이 확대됐다. 특히 셀을 모듈로 구성한 뒤 팩에 넣는 기존 구조에서 모듈 단계를 줄이거나 없애는 셀투팩(Cell-to-Pack·CTP) 기술 등이 발전하면서 팩 단위 에너지 밀도가 개선돼 보급형 전기차에서도 경쟁력이 크게 높아졌다.

2020년대 들어 전기차 가격 경쟁과 배터리 안전성, 원재료 공급망 문제가 중요해지면서 LFP 채택이 빠르게 확대됐다. 테슬라를 비롯한 글로벌 완성차 업체들도 LFP를 보급형 전기차 등에 채택했으며, LFP는 중국 중심의 배터리에서 세계 전기차 시장의 주요 배터리 기술로 성장했다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 2024년 LFP는 세계 전기차용 배터리 시장의 거의 절반을 차지했으며, 중국에서는 전기차 배터리 수요의 약 4분의 3을 담당했다. 유럽과 신흥국에서도 채택이 빠르게 증가하고 있다.

LFP는 전기차뿐 아니라 에너지저장장치(ESS) 분야에서도 빠르게 확산되고 있다. ESS는 전기차보다 무게와 부피의 제약이 작고 안전성·수명·가격 경쟁력이 중요하기 때문에 LFP의 장점이 특히 부각된다. 태양광·풍력 등 재생에너지 확대와 AI 데이터센터의 전력 수요 증가도 ESS용 LFP 시장의 성장 요인으로 꼽힌다.

LFP 시장은 CATL과 BYD를 비롯한 중국 기업들이 주도하고 있다. 중국은 LFP 셀뿐 아니라 양극재 등 관련 공급망에서도 높은 경쟁력을 확보하고 있어 미국과 유럽은 중국 의존도를 낮추기 위한 공급망 다변화를 추진하고 있다. 2025년 전체 전기차 배터리 시장에서도 CATL과 BYD의 합산 점유율은 55%를 넘어섰다.

한국 배터리 기업들도 LFP 사업을 본격화하고 있다. LG에너지솔루션은 2026년 미국 테네시 공장에서 ESS용 LFP 배터리 생산에 나섰으며, 삼성SDI도 미국 ESS 시장을 겨냥해 LFP 배터리 생산을 준비하고 있다. 삼성SDI는 2026년 3월 엘앤에프와 약 1조6,000억원 규모의 LFP 양극재 공급계약을 체결해 2027년부터 미국 생산에 투입하기로 했다.

이에 따라 LFP 배터리는 과거의 '저가형 대안'에서 벗어나 보급형 전기차와 ESS 시장의 주력 배터리 기술 가운데 하나로 자리 잡았다. 다만 장거리·고성능 전기차에서는 높은 에너지 밀도를 갖는 NCM·NCA 계열이 여전히 경쟁력을 갖고 있어, 용도에 따라 서로 다른 배터리 화학계가 병존하는 시장 구조가 형성되고 있다.

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전해액

Electrolyte Solution

전해액은 리튬이온 배터리의 양극과 음극 사이에서 리튬이온이 이동할 수 있도록 하는 액체 상태의 전해질이다. 양극재·음극재·분리막과 함께 리튬이온 배터리의 4대 핵심 소재로 꼽힌다.

리튬이온 배터리를 충전하면 리튬이온이 전해액을 통해 양극에서 음극으로 이동하고, 방전할 때는 음극에서 양극으로 이동한다. 전해액의 이온전도도와 화학적·열적 안정성은 배터리의 출력, 충전 속도, 수명, 저온 성능과 안전성 등에 영향을 미친다.

전해액은 일반적으로 리튬염, 유기용매, 첨가제로 구성된다. 리튬염은 리튬이온을 공급하고 이동시키는 역할을 하며, 유기용매는 리튬염을 녹여 이온이 원활하게 이동할 수 있는 환경을 만든다. 첨가제는 전극 표면에 안정적인 보호막을 형성하거나 가스 발생과 전해액 분해를 억제해 배터리의 수명과 안전성을 높이는 역할을 한다. 대표적인 리튬염으로는 LiPF₆(육불화인산리튬)가 사용된다.

전해액은 스마트폰·노트북 등 정보기술(IT) 기기뿐 아니라 전기자동차와 에너지저장장치(ESS)용 리튬이온 배터리에 폭넓게 사용된다. 특히 전기차용 배터리의 고전압화와 급속충전 성능 향상이 중요해지면서 고전압에서도 안정적으로 작동하고 수명과 안전성을 높이는 전해액과 첨가제 기술의 중요성이 커지고 있다.

다만 기존 전해액에는 가연성 유기용매가 사용되기 때문에 고온이나 내부 단락 등 비정상적인 상황에서 화재와 열폭주 위험을 높일 수 있다. 이를 보완하기 위해 난연성·고전압 전해액과 새로운 전해질 소재가 개발되고 있으며, 전고체 전지에서는 액체 전해액을 고체전해질로 대체하는 기술이 연구·개발되고 있다.

엄밀히 말하면 '전해질(Electrolyte)'은 이온을 전달하는 물질을 포괄하는 상위 개념이고, '전해액(Electrolyte Solution)'은 그중 액체 형태의 전해질을 가리킨다. 따라서 경제용어사전에서는 두 표제어를 구분하는 것이 정확하다.

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마이크론 테크놀로지

Micron Technology, Inc.

마이크론 테크놀로지(Micron Technology, Inc.)는 미국의 반도체 기업으로, D램(DRAM), 낸드플래시(NAND Flash), 고대역폭메모리(HBM), 솔리드스테이트드라이브(SSD) 등을 개발·생산하는 세계 최대 메모리반도체 기업 중 하나이다. 미국 아이다호주 보이시에 본사를 두고 있으며, 삼성전자·SK하이닉스와 함께 세계 메모리반도체 시장을 이끄는 3대 기업으로 꼽힌다.

마이크론은 1978년 미국 아이다호주 보이시에서 설립됐으며, 삼성전자, SK하이닉스와 함께 세계 메모리반도체 시장을 주도하는 3대 메모리반도체 기업으로 꼽힌다. 소비자용 메모리 제품은 크루셜(Crucial) 브랜드로 판매된다.

마이크론은 데이터센터, PC, 그래픽, 네트워킹, 자동차, 산업용, 모바일기기 등 다양한 분야에 메모리 제품을 공급하고 있다. 2025년 이후 인공지능(AI) 인프라 투자 확대에 따라 서버용 D램과 HBM 수요가 급증하면서 사상 최대 실적을 기록했으며, 2025회계연도에는 매출 373억8천만 달러, 영업이익률 26.1%를 기록했다. 이는 매출 기준으로 삼성전자의 약 17%, SK하이닉스의 약 54% 수준이며, 영업이익률은 삼성전자를 크게 웃돌았으나 SK하이닉스에는 미치지 못했다.

2026년에는 엔비디아의 베라 루빈(Vera Rubin) 플랫폼용 HBM4 양산을 시작하며 차세대 AI 메모리 시장 경쟁력을 강화했다.

2022년에는 미국의 반도체 공급망 강화 정책에 맞춰 본사가 위치한 아이다호주 보이시에 약 150억 달러를 투자해 메모리반도체 공장을 건설하기로 했으며, 뉴욕주 오논다가 카운티에도 대규모 D램 생산시설 투자 계획을 발표했다. 이는 미국 내 첨단 메모리반도체 생산기반을 확대하고 반도체 공급망을 강화하기 위한 전략의 일환으로 평가된다.

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고체전해질

Solid Electrolyte

고체전해질은 배터리의 양극과 음극 사이에서 리튬이온 등 이온이 이동할 수 있도록 하는 고체 상태의 전해질이다. 액체전해질을 대체하는 전고체 전지의 핵심 소재로, 배터리의 안전성과 에너지 밀도, 수명, 출력 등을 좌우한다.

일반적인 리튬이온 배터리는 액체전해질을 통해 리튬이온이 양극과 음극 사이를 이동한다. 반면 전고체 전지는 고체전해질이 이온 이동 통로 역할을 하며 양극과 음극을 물리적으로 분리하는 기능도 수행할 수 있어 액체전해질과 기존 형태의 분리막을 사용하지 않는 구조가 가능하다.

고체전해질은 가연성 유기용매를 사용하는 액체전해질에 비해 누액과 발화 위험이 낮고 열적 안정성이 높다는 장점이 있다. 또한 고에너지밀도의 리튬메탈 음극을 적용하는 데 유리해 전고체 전지의 에너지 밀도를 높이고 전기차의 주행거리를 늘릴 수 있는 핵심 기술로 평가된다.

고체전해질은 크게 황화물계, 산화물계, 고분자계(폴리머계)로 나뉜다. 황화물계는 이온전도도가 높고 전극과의 접촉성이 좋아 전기차용 전고체 전지의 유력한 소재로 꼽히지만 수분에 민감하고 제조공정이 까다롭다. 산화물계는 화학적·열적 안정성이 우수하지만 소재가 단단해 전극과의 계면 접촉을 확보하기 어렵다. 고분자계는 가공성과 생산성이 좋지만 상온에서 이온전도도가 상대적으로 낮다는 단점이 있다.

고체전해질의 핵심 기술은 리튬이온이 얼마나 빠르게 이동할 수 있는지를 나타내는 이온전도도를 높이면서 전극과 전해질 사이의 계면저항을 낮추는 것이다. 충·방전 과정에서 발생하는 균열과 부피 변화, 리튬 덴드라이트 형성, 높은 제조비용과 대량생산 공정 등도 해결해야 할 과제로 꼽힌다.

따라서 고체전해질은 단순히 액체전해질을 고체로 바꾼 소재가 아니라, 전고체 전지의 안전성과 성능, 양산 가능성을 결정하는 핵심 소재로 평가된다.

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양극재

cathode materials

양극재는 리튬이온 배터리의 양극을 구성하는 핵심 소재로, 리튬이온을 저장·방출하며 배터리의 용량과 에너지 밀도, 출력, 수명, 안전성 등을 좌우한다. 음극재, 분리막, 전해액과 함께 배터리의 4대 핵심 소재로 꼽히며, 배터리 셀 원가에서 가장 큰 비중을 차지하는 소재 가운데 하나다.

리튬이온 배터리는 충·방전 과정에서 리튬이온이 양극과 음극 사이를 이동하면서 전기에너지를 저장하거나 방출한다. 양극재의 핵심인 양극활물질은 리튬이온을 저장하고 내보내는 역할을 하며, 어떤 원소를 어떤 비율로 조합하느냐에 따라 배터리의 성능과 가격이 크게 달라진다.

대표적인 양극재로는 니켈·코발트·망간을 사용하는 NCM, 니켈·코발트·알루미늄을 사용하는 NCA, 리튬·철·인산염을 사용하는 LFP 등이 있다. 일반적으로 니켈 함량을 높이면 배터리의 용량과 에너지 밀도를 높이는 데 유리하지만 열적 안정성과 수명 관리가 어려워질 수 있다. 코발트와 망간 등은 구조적·열적 안정성을 높이는 데 기여하고, 알루미늄은 구조 안정성과 출력 특성 등을 개선하는 역할을 한다.

전기차의 주행거리를 늘리기 위해 NCM811 등 니켈 함량을 높인 고니켈(High-Nickel) 양극재가 개발됐으며, 니켈 비중을 90% 이상으로 높인 초고니켈 양극재와 단결정(Single Crystal) 양극재 등의 기술 개발도 진행되고 있다. 고니켈 양극재에서는 에너지 밀도를 높이면서 열적 안정성과 수명을 확보하는 것이 핵심 기술로 꼽힌다.

한편 전기차와 에너지저장장치(ESS) 시장이 확대되면서 양극재 시장도 NCM·NCA 중심에서 LFP까지 다양해지고 있다. NCM·NCA는 높은 에너지 밀도가 필요한 장거리·고성능 전기차에서 강점을 가지는 반면, LFP는 상대적으로 낮은 원가와 높은 열 안정성, 긴 수명을 바탕으로 보급형 전기차와 ESS 시장에서 빠르게 확산되고 있다.

양극재는 리튬·니켈·코발트 등 핵심 광물의 가격과 공급망에 따라 원가가 크게 달라질 수 있다. 따라서 에너지 밀도 향상, 안전성 확보, 원가 절감과 핵심 원료 공급망 확보가 배터리와 양극재 산업의 주요 경쟁력으로 평가된다.