유럽 기업들의 
원통형 배터리 선택

독일 자동차의 상징 BMW와 고성능 하이퍼 전기차의 대표주자 리막, 그리고 글로벌 대중차 시장을 휘어잡은 폭스바겐까지 모두 테슬라가 사용했던 원통형 배터리를 사용한다는 소식이 전해졌다. 

독일 매체 쥐트도이체 차이퉁(Süddeutsche Zeitung)에 따르면, 최근 BMW가 지름 46mm 사이즈의 원통형타입의 리튬이온 배터리를 6세대 배터리로 결정했다고 보도했다. 해당 배터리는 니켈 함량이 90% 수준으로 NCM911 배터리로 분류 된다. 이러한 배터리는 하이니켈 리튬이온 배터리로 불리며, 니켈 함량이 높은 대신 불안정해진 고밀도 배터리를 안정적으로 제어하는 것이 가장 어려운 것으로 알려졌다. 

BMW가 사용할 6세대 배터리는 2025년 선보일 순수 전기차 라인업인 ‘뉴 클래스(Neue Klasse)’에 들어갈 예정이며, SUV 모델이 아닌 세단이 최초의 모델이 될 것으로 알려졌다. 참고로 BMW는 각형 배터리로 오랫동안 관계를 유지해온 삼성 SDI와 손을잡을 가능성이 높은 상황이기도하다.

한편 리막 역시 지름 46mm의 원통형 배터리를 이용한 배터리 모듈 개발에 나섰으며, 테슬라와 협력해 실력을 입증한 파나소닉과 LG 에너지솔루션이 파트너로 거론되고 있다.

또한 폭스바겐 역시 원통형 배터리를 채택할 예정인데, 한 체급 낮은 지름 21mm 높이 70mm의 2170 원통형 배터리를 사용할 것으로 알려졌다. 파트너사는 노스볼트다. 이 기업은 삼성 SDI, LG 에너지솔루션, SK 이노베이션, 파나소닉 등 아시아 배터리 제조사들로부터 벗어나기 위해 폭스바겐이 전략적으로 투자한 곳이기도 하다. 다만, 상용화는 가능한 상태이지만 기존 배터리 제조사들이 한 걸음 더 앞서나가는 상황이다.

원통형 배터리는
어떤 장점이 있을까?


테슬라를 비롯해 최근 여러 전기차 기업들이 원통형 배터리에 눈독을 들이는 이유는 ‘비용절감’ 때문이다. 원통형 배터리는 20년 넘게 생산된 믿을 수 있는 방식이다. 90년대 초 일본 소니에서 개발한 ‘18650 배터리’(지름 18mm – 높이 65mm – 원통형태)를 시작으로 폭넓게 사용되어 왔다.

이 방식은 제조방법이 널리 알려져 있어 구하기 쉽고, 무엇보다 안정성이 높다. 또, 대량 생산에 유리해서 제작 단가 역시 저렴하다. 특히 작은 원통안에 배터리 소재를 둘둘 말아 넣기 때문에 에너지 밀도도 높다.

하지만 단점이 있는데 배터리 모양이 원기둥이기 때문에, 배터리 팩을 만들면 버려지는 공간이 생긴다. 이 빈공간 만큼 배터리 적재 공간을 손해보기 때문에, 각형 혹은 파우치형 배터리에 비해 에너지 밀도에서 다소손해를 보기 쉽다. 또한 배터리 구조상 열이 많이 발생해 배터리 냉각에 좀 더 신경써야 한다는 문제도 있다.

그래도 생산 단가를 낮출 수 있다는 강점 덕분에 테슬라를 시작으로 여러 브랜드들이 원통형 배터리에 관심을 가지게 됐다. 언제 완성될 지 모르는 전고체 배터리만 기다리고 있기엔 전기차 시장이 기하급수적으로 커지고 있다. 어떻게든 단가를 낮춰서 가격 경쟁력을 가져야 살아남을 수 있는데, 가장 접근하기 쉬운 대안이 원통형 배터리가 구원투수 역할을 하기에 충분하다.

이 과정 속에서 1865 타입은 원통형의 표준격인 2170 배터리로 발전했고, 테슬라의 기가 텍사스 공장 가동 이후 4680 배터리가 원통형의 새로운 기준이 되어가는 중이다. 그런데, 배터리를 크게 만들면 왜 좋은 걸까?

원통형 배터리를
크게만들면 좋을까?

원통형 배터리의 숫자가 높아질 수록 사이즈 역시 커지게 된다. 한국자동차연구원에 따르면, 원통형 배터리를 크게 만들면 에너지당 제조 공정 횟수가 줄어든다고 한다. 즉, 대량 생산에 도움이 돼 생산 단가를 낮출수 있다는 의미다. 또, 사이즈가 커진만큼 담아둘 수 있는 에너지 역시 많아진다는 장점이 있다.

한편 미국전기화학회지 논문에 따르면, 원통형 배터리 사이즈를 키우면 배터리 팩 하나를 채우는데 필요한 원통형 배터리 수가 줄어든다고 한다. 하나 당 부피가 크니 당연한 이야기다. 참고로 1865 보다 큰 2170 배터리를 탑재하면 배터리 팩을 채우는데 필요한 셀의 수가 33%만큼 감소하는 것으로 알려져 있다.

이 경우, BMS가 관리하는 배터리 역시 감소한다. 덕분에 배터리의 복잡성이 감소해, 비용 절감으로 이어진다. 테슬라는 이런 장점에 주목해, 기존에 생산하던 2170 배터리에서 4680으로 넘어가고 있다.

고성능 전기차의 기준이 될
4680배터리

다른 제조사들이 지름 46mm에 얼마나 긴 배터리를 만들지 알 수 없지만, 테슬라의 4680 배터리를 보면 얼마나 성능이 좋아질 지 유추해볼 수는 있다. 4680배터리는 1865 타입과 비교하면 거의 2배 커졌다. 또한 4680 배터리는 2170 타입 보다 5배 가량 에너지를 저장할 수 있고, 출력은 6배나 강하다. 그리고 전기차에 탑재하면 주행거리는 16% 만큼 연장할 수 있다.

최대 511km 갈 수 있는 모델 Y에 이 배터리를 탑재하면 거의 600km 가까이 갈 수 있다는 계산이 나온다.

참고로 테슬라가 배터리 지름을 46mm로 지정한 것은 크기 대비 효율을 따졌을 때 46mm 이상은 큰 효과를 기대하기 어렵다고 판단했기 때문이다. 이게 정석으로 굳어져, 다른 제조사들도 배터리 지름 만큼은 46mm로 고정한 것으로 보인다.

우리나라 배터리 제조사들도 각형(삼성SDI), 파우치형(LG 에너지솔루션) 외에도 원통형 배터리 제조기술을 가지고 있다. 심지어 최신 기술에 속하는 4680 배터리 제조에 필요한 기술역시 보유하고 있다. 앞으로 전기차에 사용할 배터리 수요는 지금보다 더 증가할 것이다. 과연 BMW, 리막, 폭스바겐, 테슬라 외에도 다른 제조사들이 한국산 원통형 배터리를 사용하게 될 지 귀추가 주목된다.

 

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