영하 30도에서 나트륨이 앞선다는 주장 — CATL·창안 나트륨이온 양산 승용차와 ‘두 화학 한 배터리’ 특허의 경계

이 글은 2026-09-23에 작성해 이벤트 발생일(2026-02-05)로 소급 게재했다. 특허 서지·청구항은 작성일에 Google Patents 원문으로 확인한 값이다.

① 무엇이 화제인가

2026년 2월 5일 창안자동차는 CATL과 함께 나트륨이온 배터리를 탑재한 양산 승용차를 공개했고, CATL은 자사 나트륨이온 배터리 ‘Naxtra’가 에너지밀도 최대 175Wh/kg, 순수 전기 주행거리 400km 이상, 영하 30°C에서 동급 LFP 대비 약 3배의 방전 출력을 낸다고 발표했다. 차량 출시는 2026년 중반으로 예고됐다[1].

업계 상황은 이렇다. 나트륨이온은 원료 수급과 저온 성능을 장점으로, 낮은 에너지밀도를 약점으로 설명돼 왔다. CATL은 이번 발표를 ‘두 화학 시대(dual-chemistry era)’의 시작으로 규정하고, 나트륨이온과 리튬이온이 서로를 보완하는 생태계를 전면에 내세웠다[1]. 긴장 요인은 여기서 생긴다. 두 화학을 함께 쓰는 순간, 설계의 권리는 소재가 아니라 조합 방식으로 옮겨 가기 때문이다.

이 글이 답할 질문은 이것이다. 나트륨이온의 저온 우위 주장은 어떤 수치로 제시됐고, 두 화학을 한 배터리에 섞는 설계는 어디에 권리로 묶여 있는가.

② 기본 원리 — 무거운 이온이 추위에 강하다는 역설

나트륨 이온은 리튬 이온보다 크고 무겁다. 같은 부피에 담을 수 있는 에너지가 적은 이유가 여기에 있다. 반면 저온 출력에서는 나트륨이온이 유리하다는 설명이 일반적으로 제시되는데, 전해액 속 이온이 전극 표면에서 용매 분자를 떼어 내고 들어가는 과정(탈용매화)의 문턱이 상대적으로 낮다는 것이 대표적 근거로 거론된다. 비유하자면 짐(에너지)은 덜 싣지만 추운 날 시동이 잘 걸리는 트럭이다. 다만 이 설명은 소재 조성과 전해액 설계에 따라 달라지므로, 개별 제품의 수치는 해당 기업의 공개값으로만 판단해야 한다.

두 화학을 섞는 이유는 분명하다. 추운 날에는 나트륨이온이 출력을 받쳐 주고, 평상시에는 리튬이온이 주행거리를 채운다. 그러나 전압 곡선과 용량, 열 특성이 다른 셀을 한 줄로 묶으면 한쪽이 먼저 바닥나거나 먼저 과열되는 문제가 생긴다. 그래서 조합 배터리의 핵심은 ‘어떤 비율로 섞어야 한쪽이 끌려다니지 않느냐’라는 설계 창(window)에 있다.

③ 비교 — CATL이 공개한 나트륨이온 수치

항목	공개 수치	비교 기준·조건
에너지밀도	최대 175Wh/kg	회사 설명상 나트륨 계열 양산 기준 최고치
주행거리	순수 전기 400km 이상	CTP(Cell-to-Pack) 시스템 + BMS 적용
저온 방전 출력	동급 LFP 대비 약 3배	영하 30°C
저온 용량 유지율	90% 이상	영하 40°C
저온 작동	안정적 출력 유지	영하 50°C까지
안전 시험	연기·화재 없음, 전력 공급 유지	압착·관통·절단 시험
향후 주행거리 전망	순수 전기 500~600km, 주행거리 연장형·하이브리드 300~400km	공급망 성숙 시 회사 전망
연구개발 투입	2016년 착수, 약 100억 위안, 시험 셀 약 30만 개	연구 인력 300명 이상

이 표가 말하는 것: 공개 수치의 무게중심은 에너지밀도(175Wh/kg)가 아니라 영하 30~50°C 구간의 출력·용량 유지에 있다. 즉 이번 발표는 나트륨이온을 리튬이온의 대체재가 아니라 추운 조건을 맡는 보완재로 포지셔닝했다는 신호로 읽힌다.

④ 특허 관점 — 권리는 ‘나트륨’이 아니라 ‘섞는 비율’에 걸려 있다

두 화학을 한 배터리에 묶는 설계가 어떻게 권리화됐는지 보여주는 사례가 CATL의 US12113162B2「Battery comprising first-type battery cell group and second-type battery cell group which are connected in series…」다[2]. 현 권리자 Contemporary Amperex Technology (Hong Kong) Ltd, 우선일 2020-04-30, 출원일 2021-12-20, 등록일 2024-10-08, 상태 Active, 조정 존속기간 만료 예정 2041-08-21, 청구항 12개다.

청구항 1 구성요소 (원문 요지)	회피 검토 포인트
(a) 제1형 셀 그룹과 제2형 셀 그룹이 직렬 연결, 제1형 그룹은 복수 셀 병렬, 제2형 그룹은 1개 이상 셀 병렬	그룹 간 병렬 구성 또는 DC-DC로 분리된 구성은 문언상 범위 밖일 가능성
(b) 두 셀은 서로 다른 화학계, 제1형 셀의 부피 에너지밀도 < 제2형 셀	‘나트륨’으로 한정되지 않음 — 화학계 조합 전반이 대상
(c) 그룹 용량 Cap1 > Cap2, 0.01 ≤ (Cap1/Cap2) − 1 ≤ 0.5	용량비를 1.01 미만 또는 1.5 초과로 설계하는 방안
(d) 다음 중 하나 이상: 비열비 0.9 ≤ C1/C2 ≤ 10 / 열전도계수비 0.5 ≤ λ1/λ2 ≤ 3 / 플래토 전압 V1 3.15±0.05~4.75±0.05V, V2 3.60~3.80±0.05V / 밀도비 0.6 ≤ ρ1/ρ2 ≤ 3	‘하나 이상’ 조건이라 한 항목만 충족해도 해당 — 회피가 가장 어려운 요소

이 특허에서 읽어야 할 통찰은 두 가지다. 첫째, 청구항 1은 나트륨이온이라는 단어를 쓰지 않는다. 권리의 축은 소재가 아니라 ‘에너지밀도가 낮은 쪽 그룹의 용량을 1~50% 더 크게 잡는다’는 비율 창이다. 둘째, (d)는 네 조건 중 하나만 충족하면 되는 구조여서, 두 화학의 물성이 크게 다르지 않은 한 벗어나기 어렵다. 회피 설계 시나리오로는 용량비를 창 밖으로 두는 방안, 두 화학을 직렬이 아니라 전력변환기로 분리한 병렬 구조로 운용하는 방안이 검토 대상이다. 다만 후자는 부품 원가와 효율 손실을 함께 끌고 온다. 창안 양산차가 실제로 두 화학을 섞었는지는 발표문에 나오지 않았으므로, 이 특허와 해당 차량을 연결 지어 판단할 근거는 없다. 한국·유럽 대응 출원 여부는 이번에 확인하지 않았다.

⑤ 한계와 전망

낙관적으로 보면 CATL이 창안의 여러 브랜드에 나트륨이온을 공급하고, 추운 지역을 중심으로 교환형 충전망과 함께 보급이 넓어지는 그림을 그릴 수 있다[1].

반대 시나리오도 있다. 저온 우위는 대체로 ‘추운 날’에만 값을 한다. 연중 기온이 온화한 시장에서는 낮은 에너지밀도의 비용이 더 크게 보일 수 있고, 리튬 가격이 낮게 유지되면 원료 측면의 이점도 희석된다. 공개 수치가 모두 기업 발표값이라는 점도 판단을 유보하게 만드는 요인이다.

전략적 대안을 제시하면, 나트륨이온 도입 검토를 ‘셀 단위’가 아니라 ‘조합 단위’로 수행하는 것이다. 단독 채택이 아니라 리튬이온과 섞는 구성이 목표라면, 소재 특허보다 조합 비율·열 물성 비율을 청구한 특허가 먼저 걸림돌이 될 가능성이 크다.

확인할 액션(기획·IP 담당자): 이종 화학 셀을 직렬로 묶는 팩 콘셉트가 있다면, 설계안의 그룹별 용량비 (Cap1/Cap2)−1과 비열·열전도계수·밀도비를 계산해 US12113162B2 청구항 1의 수치 창과 대조할 것.

확인이 필요한 항목

• 창안 양산차의 차명, 배터리 팩 구성(단일 화학 여부), 판매 개시일은 발표문에서 확인되지 않았다.
• 비교 기준인 ‘동급 LFP’의 구체 사양과 시험 조건은 공개되지 않았다.
• 탈용매화 에너지 설명은 일반적으로 제시되는 원리 설명이며, Naxtra 제품에 대해 검증된 메커니즘이 아니다.
• US12113162B2의 한국·유럽 대응 출원 여부와 등록 상태는 확인하지 않았다.

출처

1. CATL, 「CATL and CHANGAN Launch World’s First Mass-Production Sodium-Ion Passenger Vehicle」, 2026-02-05. 원문
2. Google Patents, US12113162B2 서지사항 및 청구항 1(2026-09-23 원문 확인). 원문