배터리 3사, 원통형 배터리 어디까지 왔나

3사 모두 원통형 배터리 개발·양산 ‘속도’…LG에너지솔루션 가장 빨라

[SRT(에스알 타임스) 선호균 기자] 배터리 3사(LG에너지솔루션·삼성SDI·SK온)가 전고체 배터리와 함께 46파이 원통형 배터리를 차세대 배터리로 낙점하고 개발과 양산을 위해 온힘을 다하고 있다. 

특히 원통형 배터리는 안정성이 높고 표준화된 규격으로 생산과 적용이 쉬워 다양한 분야에 쓰일 수 있다. 생산 공정 또한 간단해 가격적인 측면에서도 경쟁력이 높다. 

◆LG에너지솔루션, 안전성 높이고 열 전이 현상 관리…원가경쟁력 향상 

7일 각 사에 따르면 LG에너지솔루션은 2006년 전동스쿠터와 전동공구 제조사에 공급하기 위해 ‘원통형 배터리 1865’를 개발했다. 이후 LG에너지솔루션은 2016년부터 소형전기차에 이어 고성능 전기차에 이를 탑재해 적용 분야가 본격 확대됐다. 

2019년에는 제품의 용량과 효율성을 높인 ‘2170 배터리’를 생산해 에너지저장시스템(ESS)에 적용했다. 2020년에는 2170 배터리의 성능과 안전성을 개선시켜 북미의 주요 전기차 제조업체에 공급했다. 

최근 개발한 46시리즈 배터리는 직경 46㎜와 다양한 높이(80~120㎜)를 제공해 원통형 배터리 애플리케이션의 활용 범위를 확장하고 있다. 

원통형 배터리는 기계적으로 안정적인 두꺼운 캔(Can) 구조로 설계돼 있고 높은 에너지 밀도와 용량, 안전성을 갖추고 있다. 1865, 2170과 같은 표준화된 사이즈로 제공되기 때문에 다양한 애플리케이션에 쉽고 빠르게 적용할 수 있다. 

이러한 원통형 배터리는 생산공정이 비교적 간단해 가격적인 측면에서도 장점이 있다. 원가경쟁력이 높은 것이다. 2024~2028년 원통형 배터리의 연평균 성장률은 41%로 예상되고 있다. 

현재는 북미의 메이저 전기차 제조업체와 스타트업부터 유럽의 자동차 제조업체들까지 원통형 배터리에 주목하고 있다. 

LG에너지솔루션 관계자는 “테슬라가 전기차에 원통형 배터리를 탑재한 이후부터 전기차용으로 각광받고 있다”며 “시장도 점차 확대되고 있어 많은 기업에서 생산을 추진하고 있다”고 말했다. 

원통형 배터리는 단단한 캔이 외부를 감싸고 있어 단위 배터리 레벨에서 벤팅(Venting)이 가능하다. 충전과 방전 과정에서 발생할 수 있는 내부 가스가 일정 수준 이상의 압력을 초과하게 되면 전기회로를 차단하고 개방 회로 상태로 전환해 배터리를 안전하게 보호한다. 또한 가스배출 장치(Vent)는 발생한 가스를 안전하게 외부로 배출한다. 

특히 원통형 배터리는 배터리 팩 구조를 간소화하고 셀 수를 줄여 고객에게 높은 에너지 효율성을 제공할 수 있다. 예를 들어 2170 사이즈 4,400개의 셀이 필요했던 것을 4680 사이즈의 셀 828개만으로 충분히 대체할 수 있게 된 것이다. 이는 제조 비용과 시간을 절약하고 배터리 시스템의 효율성을 높인다. 

아울러 전기차에는 대량의 배터리 셀이 사용되기 때문에 열 전파에 의한 연쇄발화방지가 필요하다. 원통형 배터리는 고온 발화 테스트 결과 배터리 손상과 인접 셀로의 연쇄 발화가 발생하지 않았다. 

LG에너지솔루션은 지난 2분기 콘퍼런스콜 때 46파이 원통형 배터리를 하반기에 양산할 계획임을 밝힌 바 있다. 아직 원통형 배터리 양산에 들어가지는 않았다. 

LG에너지솔루션은 이달 7일 서울 마곡 LG사이언스파크에서 비전 공유회를 통해 차세대 배터리로서의 개발·양산 의지와 활용 계획을 밝혔다. LG에너지솔루션 관계자는 “기존에는 원통형 배터리를 탑재하는 기업들이 주로 전기차 스타트업이었는데 앞으로 전통적인 완성차업체들까지 고객사를 넓혀 나갈 계획”이라고 설명했다. 

이에 대해 LG에너지솔루션 관계자는 “기존에는 원통형 배터리를 탑재하는 기업들이 주로 전기차 스타트업이었는데 앞으로 전통적인 완성차업체들까지 고객사를 넓혀 나갈 계획”이라고 설명했다. 

◆삼성SDI, 마이크로 모빌리티용 신규 고객 확보…완성차 확산 기대

원통형 배터리는 각형이나 파우치형 배터리에 비해 생산성이 뛰어나다. 고용량과 고출력이 특징인 원통형 배터리는 외관 구조가 양극과 음극, 분리막을 동그랗게 말아서 만드는 젤리롤의 형태와 유사하기 때문에 배터리 내부 공간의 효율을 극대화할 수 있어 에너지 밀도가 높고 내부 저항도 최소화할 수 있어 고출력 성능에 유리하다. 

또한 둥근 외관 때문에 내부의 열을 고르게 방출할 수 있고 안전성 확보를 위한 장치들이 설치돼 있어 발화의 위험성은 상대적으로 낮은 것으로 평가되고 있다.

원통형 배터리는 표준화로 인해 대량 생산이 쉽고 가격 경쟁력도 높은 편인데다 안전성이 더해져 전기차 시장으로 공급되고 있다. 테슬라 모델S에는 7,000여개의 원통형 배터리가 탑재된다. 

최근 SNE 리서치 발표에 의하면 2022년 98억개가 팔렸던 원통형 배터리는 2030년에는 150억개가 넘게 판매될 것으로 예상되고 있다.  

삼성SDI는 지난 9월 17~22일 독일 하노버에서 열렸던 ‘IAA Transportation 2024’에 참가했다. 

이 기간동안 삼성SDI는 전시부스를 통해 ‘PRiMX로 구현하는 지속가능한 미래’라는 주제로 전기 상용차에 최적화된 리튬·인산·철(LFP)+배터리를 비롯해 전고체 배터리와 46파이 원통형배터리 등 차세대 배터리 라인업을 공개했다. 

46파이 원통형 배터리의 경우 마이크로 모빌리티용 신규 고객 확보에 따라 계획 대비 1년 정도 빠른 2025년 초 양산할 계획이다. 

삼성SDI 관계자는 “지난 분기 실적 콘퍼런스콜에서 언급됐던 것처럼 원통형 배터리는 마이크로 모빌리티용 프로젝트를 확보해 내년 초 양산할 예정”이라고 밝혔다. 

◆SK온, 전고체·원통형 배터리 동시 개발…폼팩터 다변화 ‘속도’ 

SK온은 현재 고분자·산화물 복합계와 황화물계 등 두 종류의 전고체 배터리를 개발하고 있다. 각각 2025년과 2026년 파일럿 시제품을 생산하고 2028~2029년 상용화 시제품을 만든다는게 목표다. 파일럿 플랜트는 2025년 하반기 완공 예정이다. 

SK온도 원통형 배터리를 개발하고 있다. 원통형 배터리 또한 개발중이지만 구체적인 시제품 생산과 양산 계획은 정해지지 않았다. 

SK온 관계자는 “원통형, 각형 등 폼팩터 다변화에 속도를 높이고 있다”며 “원통형 배터리를 만들어내는 것 자체가 그리 높은 기술을 요하지는 않는다”고 강조했다.