[2차 전지] 싸고 가볍고 부피도 적다. 파우치형 폼팩터 기술

[2차 전지] 값도 싸고 질도 좋다 - 하이니켈 양극재 기술 (tistory.com)

[2차 전지] 값도 싸고 질도 좋다 - 하이니켈 양극재 기술

두 번째 핵심 기술은 바로 배터리의 형태와 관련된 것이다.

 

전기차용 배터리의 형태, 폼팩터에는 크게 세 가지 종류가 있다. 원통형, 각형, 파우치형이 바로 그것이다. 배터리의 폼팩터로 가장 일반적인 것이 바로 원통형이다. 우리가 일상에서 흔히 보는 건전지가 원통형 배터리다. 당연히 전기차용 이차전지도 처음 시작한 형태는 원통형이었다. 이후 각형과 파우치형이 추가로 개발되었다.

발명은 '필요의 산물'이라는 말이 있듯이 원통형이 있음에도 추가로 각형과 파우치형이 개발된 것은 그 필요성이 당연히 있어서일 것이다. 전기차용 이차전지 개발과정도 마찬가지다. 각형과 파우치형이 개발된 것은 원통형 배터리의 크기를 마냥 키우기 어렵다는 기술적 문제 때문이었다. 원통형은 구조상 내부의 열이 중심으로 모이게 되는데 이렇게 중심으로 모인 열이 외부로 원활하게 빠져나가지 못하면 결국 폭발하게 된다. 따라서, 오랜 기간 원통형은 1865규격(지름 18mm, 높이 65mm)을 사용해 왔다. 테슬라가 모델3을 만들면서 그 규격이 2170(지름 21mm, 높이70mm)으로 소폭 커졌을 뿐이다.

통상 테슬라 모델3에는 2170 원통형 배터리 4,300개가 들어간다고 알려져 있다. 이렇게 많은 수의 배터리가 묶여 들어가다 보면 원통형과 원통형 사이에 사용할 수 없는 공간, 즉 데드 스페이스가 생기고 4,300개의 니켈 도금 강철캔 무게만큼 추가적 무게 부담을 지게 된다. 너무 많은 개수의 원통형 배터리는 부피와 무게 부분에서 비효율을 낳게 되는 것이다.

 

이런 비효율을 극복하기 위해 새로이 만들어진 폼팩터가 각형과 파우치형이다. 각형은 네모난 캔 형태로 배터리 한 개의 크기를 키울 수 있고, 원통형 배터리가 만들어내는 데드 스페이스 문제도 해결 가능하다. 그러나 각형 배터리의 경우에도 비록 숫자는 줄었지만 캔의 무게와 부피가 여전히 부담으로 작용한다. LG에너지솔루션이 창안한 파우치형은 배터리를 감싸는 캔을 아주 얇고 가벼운, 그러면서도 견고한 비닐 재질의 파우치로 대체함으로써 부피와 무게에서 탁월한 장점을 가진 폼팩터다. 앞서 싸고 가볍고 부피가 작은 배터리가 가장 좋은 배터리라고 했다. 이런 조건에 딱 맞는 배터리 형태가 바로 파우치형 배터리다.

파우치형 기술은 LG에너지솔루션과 SK온, 두 회사만 채택하고 있다. 왜 이렇게 좋은 기술을 두 회사만 갖고 있는 것일까. 여기에는 기술적 어려움과 특허 등의 문제가 존재한다. 먼저 기술적 어려움을 살펴보자. 각형과 원통형 은 튼튼한 캔이 내부 배터리 구조를 보호하고 있기에 화재와 충격에 상대적으로 안전하디는 장점이 있다. 파우치형은 이런 외부 보호 구조 없이 오로지 순수 기술력으로만 화재와 충격에서의 안정성을 확보해야 하기에 대단히 구현하기 어려운 고난도의 기술이다. 구본무 회장의 전폭적 지원 아래 30년 동안 기술진들이 각고의 노력을 했기에 이런 기술을 LG에너지솔루션이 확보할 수 있었다. 이 과정에서 다양한 특허, 각종 IP(지식재산권)를 미리 법적으로 확보해 놓았다.