- 전기차에 쓰이는 리튬 폴리머배터리
- 삼성 SDI VS LG화학, 배터리 생산 양대산맥
- 향후 발전 가능성 무궁무진
[데일리비즈온 김소윤 기자] 전기차에서 가장 중요한 부품은 배터리라고 볼 수 있다. 이는 일반 내연기관 차량에서 가장 중요한 부품이 엔진이라고 할 수 있는 것과 마찬가지다. 배터리 용량이나 최고 전압에 따라 모터의 최고 출력이 결정되는 것만 봐도 전기차에서 배터리의 역할은 중요하다.
실제 가격적인 측면에서도 전기차 전체 값의 절반에 가까운 40% 이상이 배터리 값이다. 그만큼 전기차에 대한 정보는 곧 배터리에 대한 정보라고 생각할 수 있다. 이에 배터리의 역사와 동향 등에 대해 살펴봤다.
전기차에 쓰이는 리튬 폴리머배터리(Lithium Polymer Batteries)에 이르기까지 지난 1992년경부터 배터리 연구개발 시작 이후 코발트 개, 원 통계, 래미네이트 형 등이 나왔다.
닛산은 근대적인 배터리 개발을 지난 1991년부터 해왔다. 당시 휴대전화에 장착해 실용화에 쓰인 배터리가 리튬이온배터리다.
분류해보면 배터리는 1차와 2차 전지로 구분된다. 1차 전지의 경우 실생활에 쓰이는 건전지를 말한다. 2차 전지는 충전이 가능한 전지를 칭한다. 종류도 매우 다양한데 리튬 폴리머 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지 등이 잇다. 최근들어 국내산 전기차에 리튬 폴리머 배터리가 사용되고 있다.
1차 전지는 통상 각각 1.5v 전압을 가진다. 2차 전지인 니켈 카드뮴과 니켈수소 전지는 1.2v정도의 전압을 지닌다. 리튬 폴리머 배터리의 경우 3.6v 혹은 3.7v 전압을 가진다. 각 낱개는 개당 셀이라는 단위로 불린다. 셀을 몇 개씩 묶어 팩으로 지칭하고 모듈화해 전기차에 장착되는 것이다.
테슬라의 경우 모델 S에 원통형 리튬이온배터리인 파나소닉 NCA 18650배터리가 적용됐다. 이 배터리는 지름 18mm, 길이 65mm이 원통형 전지다. 니로 EV와 코나 EV엔 에너지 용량 64KWh의 리튬 폴리머 배터리를 장착했다. 리튬 폴리머 배터리 98개 정도를 배터리 케이스에 넣어 장착했다. 3.6V짜리가 98개 들어가니 총 352.8V인 셈이다.
배터리의 셀 수가 늘어나면 고전압을 얻을 수 있다. 하지만 이에 따른 충전이나 방전 상황이 달라 셀 관리 수가 많아진다고해서 무조건 좋다고 볼 순 없다. 관리가 힘들어지는 셈이다. 이에 배터리 관리 시스템 BMS(Battery Manager System)이 매우 중요하다. 관리적인 측면에서 봐도 중요한 BMS는 안정성 측면에서 봐도 중요하다.
안정성을 고려하기 때문에 제조공정이 복잡하다. 이에 가격도 비싸지는 것이다. 특히 리튬 폴리머 배터리가 폴리머 전해질이라는 점에서 액체 전해질보다 이온 전도율이 떨어진다는 점과 저온에서의 사용 성능이 저하된다는 단점이 있는데 이를 보완해 주는 것이 배터리 케이스다.
자동차 부품은 주행 중 과한 진동에 노출이 된다. 포장도로라 해도 중간 중간 방지턱이나 기복 등의 환경 때문에 차체에 진동이 느껴지게 된다. 배터리는 케이스에 담겨 차량 바닥에 장착된다. 이는 차체에 전해지는 충격에 따른 뒤틀림 등을 보조해주는 보강재 역할을 하는 것이다.
리튬 폴리머 배터리는 5개의 구성요소가 있다. 양극, 음극, 전해질, 분리막, 케이스 등이다. 여기에서 리튬 배터리용 양극재엔 니켈과 코발트, 망간이 사용된다. 각각 앞 글자를 따 N, C, M이라 불리는 이들은 비율이 적절히 섞여 안정성과 성능을 결정한다.
자동차에 장착되는 배터리 제조국은 현재 우리나라, 중국 일본 등이 있다. 우리나라에선 삼성SDI와 LG화학이 대표적인 배터리 생산 업체다. SK이노베이션도 전기차 배터리를 생산하는 업체지만 삼성SDI와 LG화학에 비해선 뒤처지고 있는 것으로 전해진다.
현재 LG화학은 올해 설비투자 계획 규모를 약 6조원 정도로 잡아뒀다. 이번 설비투자를 통해 LG화학은 배터리 생산능력을 지난해 말 기준 35GW에서 2020년 100GW로 확대하는 한편 여수 석유화학 공장 증설도 오는 2021년까지 완료한다는 방침이다.
이같은 이유는 현재 배터리 생산능력으로는 전기차 생산량을 따라가기 역부족이기 때문인 것으로 분석된다. 기업 입장에선 아무래도 우리나라 생산량만 따질 것이 아니라 수출 물량까지 합해 계산하기 때문이다.
우리나라에서 효자 사업으로 분류되던 반도체 산업과 함께 배터리 산업 또한 산업적인 측면에서 큰 이득을 취할 수 있을 것으로 전망된다.
현재 성장세 이전 단계인 배터리 산업은 향후 발전 가능성이 굉장하다. 기술력 또한 발전 중인 상태이며 전기차 주행 가능 거리 발전과 함께 성능 향상 연구가 꾸준히 이루어질 것으로 보인다.
성장기를 앞둔 배터리, 전기차 산업은 단 1회의 충전만으로 주행 거리가 늘어나는 기술력이 보장된다면 활발한 상용화와 발전이 앞당겨질 것으로 기대된다.