전기차 배터리,테슬라식 원통형 대세인 이유

BMW도 각형에서 원통형으로 전환

현재 전기차에 들어가는 2차전지인 리튬이온배터리는 주로 각형, 파우치형, 원형 3가지 형태다. 배터리 제조사들이 만드는 리튬이온배터리에 들어가는 4대 소재는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액까지 동일하지만 모양은 다르다. 전기차 제조업체 선호에 따라 채택하는 배터리 모양이 달라진다.

■ 원통형, 각형, 파우치형..배터리 셀 형태 무슨 차이?

원통형 배터리는 1980년대 노트북 등에 사용하기 시작해 가장 오래된 형태다. 대형 제조사들이 표준화된 규격에 맞는 설비를 갖추고 있어 다른 배터리와 비교했을 때 많은 양을 빠르게 생산할 수 있다. 생산량이 많은 만큼 가격도 상대적으로 저렴하다. 다만 전기차에 장착하기 위해 여러 개의 배터리를 하나로 묶어야 하는데 이를 위한 비용이 많이 든다는 점은 단점이다. 테슬라 모델3의 경우 4000개가 넘는 원통형 배터리를 납땜으로 연결해 사용한다. 개별 가격은 저렴하지만 전기차 배터리로 만들기 위한 구축 비용이 크다는 의미다.

잘 알려진 바와 같이 테슬라는 원통형 배터리를 사용한다. 이유는 상대적으로 수급이 용이하고 제조 비용이 저렴하다. 아울러 내구성이 좋아 열에 잘 견딘다. 더구나 경험이 꽤 축적된 배터리 방식이라 배터리 제조사와의 협상에서 불리한 위치를 피할 수 있다는 장점 때문이다.

다음으로 폭스바겐이 선택한 각형 배터리다. 과거 휴대폰에 착탈식으로 쓰였던 배터리를 떠올리면 된다. 최근에는 노트북에도 주로 사용되며, 국내 배터리 3사 가운데 삼성SDI가 주력으로 생산하고 있다.

각형은 금속 캔 형태로 원통형에 비해 얇고 파우치형과 비교해 내구성이 뛰어나다는 평가를 받는다. 다만 캔을 사용해 상대적으로 무거워 연비, 주행거리 등에서 경쟁력이 낮다. 파우치형은 LG에너지솔루션과 SK이노베이션이 주력으로 생산하고 있다. 현재 파우치형을 대량으로 생산할 수 있는 배터리 업체는 그리 많지 않다.

■ 지금 대세는 테슬라가 고집하는 폼팩터 원통형 배터리

테슬라가 사용하는 원통형 배터리가 다른 전기차 제조업체에도 영향을 주는 것으로 보인다. 최근 보도에 따르면 BMW가 앞으로 나옷 전기차 신차에 각형 배터리가 아닌 테슬라와 같은 원통형 배터리를 탑재하기로 했다. 공급 업체는 중국의 이브에너지(EVE Energy)다.

BMW는 지금까지 EV에 각형 셀을 사용해 왔다. 각형 전지는 형태가 고밀도로 채울 수 있다는 점에서 실용적이다. 다만 원통형 전지가 지난 몇 년간 많은 진보를 이루어냈다. 이러한 진보는 대부분 테슬라의 성공에 기인한 것으로 테슬라 차량은 원통형 셀로 구동하면서 EV 시장을 지배하고 있다.

최근 로이터와 같은 해외 언론에서는 BMW의 배터리 전략에 대해 주목하고 있다. 새로운 원통형 배터리를 단 BMW 전기차가 2025년부터 시장에 본격적으로 투입될 것으로 예상되는 가운데 중국 이브에너지가 공급업체로 계약이 체결됐다는 사실을 보도했다. 또 BMW가 테슬라에 이어 새로운 기술을 채택한다고 덧붙였다.

관심을 끄는 대목은 BMW에 공급될 이브에너지 사의 배터리가 테슬라의 차세대 4680 셀(지름 46mm, 높이 80mm)과 크기가 비슷할 것이라는 점이다. 최근 이브에너지가 공개한 문서에서 현재 중국 중부 지역에 대규모 원통형 배터리 공장 건설을 계획하고 있다.  

테슬라는 2021년 4680 배터리를 발표하면서 더 큰 원통형 셀이 주행거리 ​​향상 및 생산 비용을 줄일 수 있다고 강조했다. 이브에너지와 BMW도 이런 이점을 살려 차세대 EV 용 배터리로 대형 원통형 배터리를 채택한 것으로 보인다.

■ 파나소닉, 테슬라용 리튬이온배터리 제조 공장을 미국 캔자스 주에 신설

원통형 생산을 늘리는 배터리 제조업체는 이브에너지 뿐만이 아니다. 세계 최대의 배터리 생산업체이자 테슬라의 공급업체인 CATL은 원통형 배터리가 주력이다. 테슬라의 오랜 파트너인 파나소닉도 40억 달러(한화 약 5조 3600억 원)를 투자하는 새로운 배터리 생산시설을 미국 캔자스주에 건설한다. 이곳에서는 텍사스주 기가팩토리에서 사용하는 4680 배터리를 생산한다.

올 1분기 K배터리 ‘빅3’인 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온의 실적 희비를 가른 키워드가 ‘원통형 배터리'와 '테슬라’였다. 원통형 배터리를 생산하는 LG에너지솔루션과 삼성SDI 실적이 좋았다. 파우치가 주력인  SK온 실적은 다소 부진했다.

업계에서는 세 가지 배터리 형태 모두 장단점이 있어 우월을 가리기 어렵다고 진단한다. 다만 완성차 업체별로 선호하는 배터리가 있다. 무엇보다도 생산 비용이 저렴하고 열에 강한 내구성을 갖춰야 한다. 테슬라가 이끈 전기차 시장에 점차 원통형 배터리가 확산된다. 이런 두 마리 토끼를 제대로 잡을 수 있는 검증된 배터리가 원통형이라는 점이다.

조희정 에디터 hj.cho@carguy.kr