로보틱스 시대 주역 전고체 배터리에 주목하라...유망 기업은?

Research & Review

로보틱스 시대 주역 전고체 배터리에 주목하라...유망 기업은?

휴머노이드 가동 시간 획기적 개선 및 전기차 대비 높은 로봇용 배터리 부가가치가 포인트
DS투자증권 최태용 연구원의 ‘[2차전지] 전고체가 로보틱스에서 갖는 의미’ 보고서 눈길

민경종 mkj78@entropytimes.co.kr
등록 2026.02.04 13:43:06

[산업경제뉴스 민경종 기자] 최근 국내외에서 스포트라이트를 받고 있는 휴머노이드 로봇 등 ‘로보틱스’ 시대를 맞아 이 기기에 전력을 공급하는 에너지원 중 하나로 전고체 배터리가 주목을 받고 있다.

구글AI가 생성한 전고체 배터리 이미지

더불어 전고체 배터리 제조 및 소재·장치 기업에 대한 관심도 덩달아 커지고 있는 상황이다.

■전고체 배터리 주요 특징과 장점 및 과제

에너지업계에 따르면 ‘전고체 배터리(All-Solid-State Battery)’는 기존 리튬이온 배터리의 액체 전해질을 고체 전해질로 바꾼 차세대 배터리로, 모든 구성 요소가 고체여서 누액이나 폭발 위험이 현격히 낮아 '꿈의 배터리' 또는 차세대 배터리라고도 불린다.

이러한 전고체 배터리의 주요 특징 및 장단점을 살펴보면 ▲높은 안전성과 ▲에너지 밀도 향상 ▲빠른 충전 및 긴 수명을 꼽고 있다.

즉, 비가연성 고체 전해질을 사용해 외부 충격이나 고온에서도 화재 및 열폭주 위험이 거의 없으며 또한 분리막이 불필요해 배터리 크기를 줄이거나, 동일 부피에 더 많은 활물질을 채워 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있다.

이에 더해 리튬이온의 이동이 안정적이며 극한 환경에서도 성능 저하가 적어 수명이 길고 초급속 충전에 유리하다는 것이 배터리 업계의 설명이다.

반면에 해결해야할 과제도 있다. ▲상용화를 위한 기술적인 난제, 고체 계면 간의 저항이 높고, 리튬 덴드라이트(돌기) 형성으로 인한 단락 문제 등이 거론된다.

이러한 가운데 DS투자증권 리서치센터 최태용 연구원이 지난달 23일 ‘[2차전지] 전고체가 로보틱스에서 갖는 의미’라는 보고서를 내놔 에너지업계 및 투자자 시선을 모으고 있다.

■Physical AI와 함께 부각될 전고체 배터리

이 연구원은 보고서에서 오는 2027년은 삼성SDI, 도요타 등 전고체 배터리 상용화의 원년으로, 2026년은 전고체 배터리에 대한 기대감이 반영되기 시작하는 해가 될 것으로 전망했다. 특히 Physical AI가 부각되며 로봇용 전고체 배터리에 대한 관심도 커질 수밖에 없다는 것.

최근 2차전지 섹터 내 주요 전고체 배터리 관련 종목(삼성SDI, 이수스페셜티케미컬 등)의 주가 급등도 같은 맥락인데, 특히 Physical AI(실물 AI)가 부각되면서 휴머노이드 로봇 시장에서 전고체 배터리의 역할이 핵심으로 떠오르고 있다고 주장했다.

특히 삼성SDI, 도요타 등 주요 기업들이 2027년을 상용화 원년으로 목표하고 있어 관련 시장의 성장이 기대된다는 것.

휴머노이드 상용화의 핵심 과제 중 하나는 가동시간인데, 기존 리튬이온 배터리의 에너지 밀도로는 3~4시간이 한계로, 이는 산업 현장의 표준 근무 단위인 8시간/교대에 충분하지 못한 수준이며 잦은 충전이나 배터리 교체는 휴머노이드 가동률 하락의 원인이 될 수밖에 없다는 것.

결국 인간의 노동력을 온전히 대체하려면 1회 충전으로 8시간 이상 움직여야 하지만 배터리를 탑재할 수 있는 물리적인 공간은 한계가 있기 때문에 이를 해결할 방법은 부피당 에너지 밀도가 높은 전고체 배터리의 탑재가 대안이 될 수 있을 것이라는 설명이다.

특히 휴머노이드를 도입해야 할 B2B 사업자에게는 OPEX 절감을 위해 로봇의 에너지 효율이 중요하며 전고체 배터리는 Physical AI와 동행할 수밖에 없다는 것이 이 연구원의 판단이다.

■“로보틱스향 전고체 배터리의 부가가치 적지 않을 것”

이 연구원에 따르면 로보틱스향 전고체 배터리의 실적 영향도는 과소평가되는 경향이 있는데, 이는 전기차(약 80kWh 전후) 대비 로봇용 배터리 용량이 2~3kWh에 불과하기 때문이다. 단순 용량으로만 보면 실적 기여가 미미해 보일 수 있으나 핵심은 판가와 수익성이다.

현재 BEV용 배터리팩의 가격은 $110/kWh 수준에서 하향 안정화됐으나 로봇용 전고체 배터리팩은 $600~800/kWh으로 약 5~8배 비쌀 것으로 추정된다. 로보틱스와 유사한 특성이 요구되는 산업용 드론/UAM향 고출력/경량화 리튬 배터리의 단가가 $600/kWh를 상회하는 것을 근거로 제시했다.

또한 전기차 대비 높은 공간 효율성, 물리 충격 내성, 고출력 요구와 그에 따른 열관리가 요구되는 만큼 고수익성 제품이 될 수밖에 없으며, 휴머노이드 제조사 입장에서도 전고체 배터리는 합리적인 투자다. 전고체 채택 시 배터리 비용이 기존($330+) 대비 약 $2,000 이상 급증하는 것은 불가피하다고 예상했다.

이에 기존 배터리를 사용하되 급속 충전으로 유휴 시간을 줄이는 것도 하나의 대안이 될 수 있겠으나 방진·방수를 위해 밀폐된 로봇 내부에 급속 충전으로 발생하는 발열은 액추에이터 등의 성능 저하와 수명 단축으로 이어진다.

더불어 피크 타임에는 충전 병목으로 유휴시간이 발생한다. 이를 방지하기 위해서는 추가적인 배터리 재고나 교체설비에 대한 투자가 필요해진다.

결국 기존 배터리로 1교대를 완전 대체하기 위해서는 2대(4시간 가동, $40,000)를 투입하거나 고가의 배터리 자동 교체 설비(산업용 드론 기준$10,000+)와 여분 배터리를 구축해야만 한다. 전고체 배터리에 $2,000/대를 더 투자하는 것이 유리한 이유라는 견해를 피력했다.

■액추에이터와 휴머노이드 제조사를 지나 배터리에 주목할 차례

그는 이어 “얼티엄셀즈 1,2공장 가동 중단 및 유럽 전동화 정책 불확실성 등이 섹터 밸류에이션에 부담이 되는 상황이나, 4Q25 실적 발표 시즌을 기점으로 이러한 불확실성은 점진적으로 해소될 것으로 판단한다”며 “EV향 실적 조정이 마무리되고 연중 ESS와 더불어 Physical AI에 대한 관심도를 감안 시 전고체 배터리도 Re-rating이 이어질 것”으로 내다봤다.

이에 커버리지 내 삼성SDI(전고체), 롯데에너지머티리얼즈(테슬라 4680) 등 전고체를 포함한 Physical AI향 배터리에 대한 모멘텀에 주목이 필요한 시점이라고 강조했다.

또 다른 증권사의 한 애널리스트는 “전고체 배터리는 소재와 장비가 기존 리튬이온 배터리와 다르기 때문에 특정 기술력 보유 기업들이 주목받는다”며 “전고체 배터리 핵심인 황화물계 고체 전해질 원료(Li2S) 제조 기술을 보유한 이수스페셜티케미컬과 레이크머티리얼즈, 한농화성, 씨아이에스, 필에너지, 삼성전기, 포스코퓨처엠 등도 주목할 필요가 있다”는 견해를 피력했다.

민경종 의 전체기사 보기