[인더스트리리포트] 신기술에 가격 경쟁력...원통형 부할 비결은 46시리즈

제품 지름 늘려 에너지 효율 강화

원통형 장점 더해 생산성 증가

한국 배터리 3사 반등할 '게임 체인저'

LG에너지솔루션 46시리즈(왼쪽) 및 2170 원통형 배터리. [사진=LG에너지솔루션]

각형·파우치형에 밀려 없어질 것으로 보였던 원통형 배터리가 화려하게 부활한 이유는 지름 46㎜ 높이 80㎜(4680) 제품군의 등장에 있다. 기존 원통형 배터리는 셀 사이의 불필요한(불용) 공간으로 인해 에너지 효율이 낮았지만, 4680배터리는 배터리 지름이 46㎜로 커지면서 셀 내부에서 전극 조립체를 감을 수 있는 횟수가 늘었고 에너지 효율 증가로 이어졌다. 배터리 한 팩을 만들 때 필요한 셀 수도 줄어들어 생산 비용도 한층 줄이는 데 성공했다.

4일 배터리 업계에 따르면 현재 원통형 배터리는 전극→조립→화성(숙성)→팩 등 네 가지 공정을 거쳐 생산되고 있다. 46시리즈는 이 중 전극, 조립, 팩 공정에서 신기술을 도입함으로써 기존 원통형 제품과 차별화를 꾀했다.

18시리즈와 21시리즈는 전극 과정에서 젤리롤(두루마리) 형태로 전극을 말아 넣는 구조를 만들 때 특정 위치로 전류가 흐르는 통로 역할을 하는 탭이 반드시 필요했다. 이로 인해 저항이 증가하고 충전 시간이 늘어나는 문제가 있었다. 반면 46시리즈는 이러한 탭을 없애는 형태로 제품을 만들 수 있어 에너지 밀도를 유지하면서 충전 시간을 단축할 수 있게 됐다. 배터리 내부 폭발 에너지를 외부로 빠르게 배출해 셀의 저항을 줄이면서 안전성과 연쇄 발화 방지 등을 할 수 있는 원통형 배터리의 기존 장점도 그대로 갖추고 있다.

또 기존 원통형 배터리는 간헐적 코팅 공정을 적용해 전극에 슬러리를 코팅하는 과정에서 주기적으로 멈춰야 했으나 46시리즈는 중간 멈춤 없이 지속해서 코팅을 할 수 있기 때문에 생산 효율성도 한층 높아졌다.

양극롤, 음극롤, 분리막롤을 두루마리 화장지 감듯 돌돌 말은 후 자르는 조립 과정에도 '원통형 4600 와인더(권취기)' 등 신 장비를 적극 도입해 제품 모양이 틀어지지 않고 정교하게 잘라낼 수 있게 됐다.

여러 개의 원통형 배터리를 묶어 하나의 배터리처럼 작동하게 하는 팩 과정에서도 46시리즈는 기존 원통형 배터리보다 같은 면적에 탑재하는 배터리 수가 적은 만큼 팩 공정을 한층 단순화할 수 있다. 일례로 같은 크기의 전기차용 배터리팩을 만들 때 46시리즈에 탑재하는 배터리 셀 수는 21시리즈의 5분의 1 수준인 것으로 알려졌다.

시장조사업체 SNE리서치에 따르면 지난해 국내 배터리 3사의 전 세계 시장 점유율은 18.4%로 처음으로 20% 선이 무너졌다. 반면 CATL, BYD 등 중국 양대 배터리 업체는 전년보다 점유율을 확대하며 전기차 캐즘(일시적 수요 적체)에도 아랑곳하지 않는 모습을 보이고 있다.

이에 전문가들은 46시리즈가 중국의 저가 리튬인산철(LFP) 배터리 공세에 고전하고 있는 국내 배터리 3사가 반등할 수 있는 '게임 체인저'가 될 것으로 기대하고 있다. LFP 배터리는 그 구조 상 삼원계와 달리 원통형으로 만드는 게 대단히 어렵기 때문이다. 공정이 복잡해지면 중국 배터리가 강조하는 우수한 가격대 성능비도 퇴색될 수밖에 없다. 테슬라를 필두로 리비안 등 글로벌 완성차 업체가 각형 대신 원통형 배터리 채택에 나선 점도 46시리즈 판매량 확대에 유리한 요소가 될 전망이다.