전기차 배터리 종류와 전망 파헤치기

배터리

내연기관 자동차에서 전기차로 넘어가는 흐름은 이제 거스를 수 없는 현실이 되었습니다. 전기차의 가장 핵심이라고 볼 수 있는 배터리의 종류를 알아보고 현재 어떤 배터리가 있으며 미래에 전기차 배터리 시장의 중심이 될 배터리는 어떤 것일지 전망해보겠습니다.

 

 

 

배터리의 종류

일반적으로 배터리는 다 쓰면 버리는 1차 전지와 화학 에너지를 전기 에너지로 바꿔 재충전하여 계속 사용할 수 있는 2차 전지로 나뉩니다. 전기 자동차를 한 번 타고 버릴 것이 아니기 때문에 1차 전지는 논외로 하고 2차 전지를 패키징에 따라서 분류해보고, 사용되는 재료에 따라서도 분류해보겠습니다.

 

셀 패키징에 따른 분류

먼저 셀, 모듈, 팩에 대해서 설명이 필요합니다. 셀이 모여 모듈, 모듈에 각종 보호 시스템이 장착된 것이 팩입니다.

• 셀 - 배터리의 기본 단위.
• 모듈 - 배터리를 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 조립체.
• 팩 - 모듈에 냉각시스템과 제어시스템 등의 보호 시스템을 장착한 것.

배터리의 기본 단위인 셀 패키징의 모양에 따라 원통형, 각형, 파우치형 세 가지로 나뉩니다.

• 원통형 - 건전지와 같이 원통형 모양의 셀입니다. 가격이 저렴하다는 장점이 있는 반면에, 모듈 구성시 공간 효율이 낮고 수명이 짧습니다.
• 각형 - 납작한 알루미늄 상자 모양의 셀로써, 외부 충격에 강하고 모듈과 팩을 구성하기에 용이하다는 장점이 있지만, 무겁고 열 방출이 힘들다는 단점이 있습니다.
• 파우치형 - 금속 셀이 아닌 비닐 재질 주머니에 소재를 담은 형태로써, 가볍고 다양한 모양을 제조가 가능하다는 장점이 있지만, 안정성이 상대적으로 낮고 가격이 비싸다는 단점이 있습니다.

국내 전기차 배터리 관련 대표적인 셀 업체는 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온이 있습니다. 

• LG에너지솔루션 - 파우치형을 주로 생산하는 가운데 원통형도 생산합니다. 올해 1월 각형 배터리도 제품화한다는 뉴스를 발표했습니다. 각형 배터리도 양산에 성공하면 세계 최초로 파우치형, 원통형, 각형 배터리 모두 생산하는 회사가 됩니다.
• 삼성SDI - 원통형과 각형 배터리를 생산합니다.
• SK온 - 파우치형만 생산하는 가운데 각형 라인업도 갖추려는 준비를 하고 있습니다.

 

LG에너지솔루션과 SK온이 각형에 대응하려는 움직임은 폭스바겐이 각형 배터리를 탑재하겠다고 발표한 이유와도 연관 지어 생각해볼 수 있습니다. 

 

 

 

재료에 따른 분류

현재 전기차에 쓰이는 배터리는 리튬이온 배터리로써 양극재, 음극재, 전해액, 분리막, 4대 요소로 이뤄져 있습니다. 그중 양극재로 쓰이는 물질에 따라 삼원계 배터리와 LFP(리튬, 인산, 철) 배터리로 나눌 수 있습니다.

• 니켈 삼원계 - NCA (니켈, 코발트, 알루미늄) , NCM (니켈, 코발트, 망간) / 국내업체와 일본이 주로 생산합니다.
  • NCA - 대용량 배터리를 제작하는데 적합하며 수명이 짧습니다.
  • NCM - 대용량 배터리 제작에도 용이하며 수천 번의 충전과 방전이 가능합니다.
• LFP - 삼원계 배터리가 사용하는 코발트는 희소한 금속으로써 가격이 높습니다. 코발트 대신 철을 이용하여 가격 경쟁력을 높인 제품입니다. 부피가 크고 무겁다는 단점이 존재합니다. 중국의 CATL와 BYD가 주로 만들고 있습니다.

두 타입의 배터리 모두 장단점이 있지만, 공통적으로 전해질을 액체로 사용한다는 문제가 있습니다. 온도 변화에 따른 배터리의 팽창 또는 누액으로 인한 배터리 손상 가능성이 있기 때문에 안정성을 높이기 위한 보호 시스템이 필수입니다.

 

앞으로의 전망

빠른 충전으로 더 멀리 가며 화재 위험성이 없는 안전한 배터리가 최종 목표일 것입니다. 한 번 충전으로 더 멀리 가기 위해서는 니켈의 양을 늘리면 되지만 무작정 높이면 위험성이 증가합니다. 니켈의 양을 늘리되 안정적인 하이니켈 (NCMA) 양극재 사용이 연구되고 있으며, 앞서 설명드린 전해액 대신 고체로 된 전해질 물체로 만든 전고체 배터리 연구는 삼성SDI에서 연구가 진행되고 있습니다. 전해질이 분리막 역할도 가능하며 안정성이 대폭 상승하는 만큼 미래형 배터리로 불리고 있습니다. LG에너지솔루션은 2028년 이후, 삼성SDI는 2027년 양산을 목표로 하고 있습니다.

 

전기차 배터리 시장은 중국, 한국, 일본이 점유하고 있습니다. 하이니켈 배터리와 전고체 배터리로 K-배터리가 글로벌 시장을 휩쓸길 바라며 글을 맺습니다.