K-기술 리포트
‘인터배터리 2024’
K-배터리 3사의 신기술
배터리
K-혁신기술
차세대산업
지난 3월, 제12회 ‘인터배터리 2024’가 열렸다. 세계 18개국 579개 업체가 참가하는 등 역대 최대 규모로 진행된 이날 행사에서 배터리 원재료부터 배터리, 재활용・재사용 기업까지 전체 벨류체인 기업이 한 자리에 모여 다양한 신기술을 선보였다. K-배터리의 자존심을 지키는 LG, SK, 삼성도 그동안 축적한 기술과 노하우를 공개하며 업계 선두를 향한 치열한 경쟁을 예고했다.
LG에너지솔루션 - 파우치형 셀투팩 기술
셀투팩(Cell to Pack, CTP) 기술은 최근 전기차 배터리 시장에서 주목받고 있는 첨단 배터리 설계 기술이다.
기존 배터리 구성에서 모듈 단계를 없애고 팩에 직접 셀을 조립해 에너지 밀도를 높이고 배터리 무게와 비용을 절감할 수 있다.
일반적인 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5~4.5v 내외인데, 전기차나 ESS(에너지저장장치) 등의 경우 고용량・고출력이 필요하기 때문에 여러 개의 배터리 셀을 모듈화하고, 그 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결해 배터리 팩을 만들어야 한다.
CTP는 중간 단계인 모듈 관련 구성품을 제거해 보다 많은 셀을 배터리 팩에 담을 수 있는 개념으로 이해할 수 있다.
즉, 배터리 셀을 모듈화하지 않고 바로 팩으로 만드는 것이다. 이렇게 되면 모듈케이스가 차지하는 공간까지도 셀로 채워 넣을 수 있기 때문에 배터리용량을 늘릴 수 있고 경량화도 용이해 전기차 주행가능거리를 늘릴 수 있게 되는 것이다.
LG에너지솔루션은 이러한 CTP 기술에 파우치형 배터리 셀을 접목했다. 파우치형 배터리 셀은 무게가 가볍고, 적층 시 데드 스페이스(Dead space)가 적다는 장점이 있다.
즉, 파우치 셀의 가벼운 무게 특성과 높은 에너지 밀도를 가져가면서 팩 강성을 높이고 검증된 열전이 방지 기술을 적용해 안정성을 강화한 것이다.
특히 파우치형 셀로 이뤄진 모듈은 생산비용이 높은데 모듈 단계를 없애고 공정을 단순화하면서 제조원가를 절감해 전반적인 가격 경쟁력을 끌어올렸다는 것이 LG에너지솔루션의 설명이다.
※ 자료 출처 : LG에너지솔루션 웹진 ‘BATTERY INSIDE’(https://inside.lgensol.com) - [Game Changer Battery] 모듈화 과정을 없앤 혁신적인 ‘셀투팩(Cell to Pack) 공정’(2024.06.13. 게시글)
※ 자료 출처 : LG에너지솔루션 웹진 ‘BATTERY INSIDE’(https://inside.lgensol.com) - [Game Changer Battery] 모듈화 과정을 없앤 혁신적인 ‘셀투팩(Cell to Pack) 공정’(2024.06.13. 게시글)
삼성SDI - 900Wh/L ASB 로드맵 첫 공개
삼성SDI는 올해 ‘인터배터리 2024’를 통해 업계 최고 에너지 밀도인 900Wh/L를 달성하기 위한 전고체전지(All-Solid-State Battery, ASB) 양산 로드맵을 사상 최초로 공개했다. 이는 현재 삼성SDI가 생산 중인 각형 배터리 제품인 P5의 에너지 밀도보다 40% 이상 높은 수준이다.
ASB는 ‘꿈의 배터리’로 불리는 차세대 배터리로, 고체 전해질을 사용해 화재의 위험성이 적고 주행거리가 길어 배터리 업계에서 주목하고 있는 기술이다. 삼성 배터리 사업부는 자체 개발한 고체 전해질과 음극 용량을 높일 수 있는 무음극 기술을 활용해 업계 최고 수준의 에너지 밀도를 ASB 제품에 구현한다는 계획이다.
이를 위해 삼성SDI는 지난해 12월 정기 조직 개편을 통해 ‘ASB(All Solid Battery) 사업화 추진팀’을 신설했다. 삼성SDI 중대형전지사업부 내 직속 조직으로 전고체 배터리 사업의 본격적인 추진을 선언한 것이다.
이번 행사에서 삼성SDI가 공개한 로드맵에 따르면 업계 최초로 단 9분 만에 8%에서 80%까지 충전하는 초고속 충전 기술이 완성 단계이다. 이 기술은 리튬 이온 이동 경로를 최적화하고 낮은 저항을 구현함으로써 가능해졌다. 2026년까지 이 기술 개발을 양산 단계로 끌어올린다는 목표로, 이 기술이 적용되면 P5 대비 충전 시간이 크게 단축될 것으로 기대된다.
또한, 삼성SDI는 2029년까지 20년 이상 지속되는 배터리 솔루션을 개발해 양산하겠다는 계획도 발표했다. 현재 시장에 출시된 제품보다 2배 이상 긴 배터리 수명은 배터리에 들어가는 소재의 내구성 강화를 통해 달성할 계획이다. 이밖에도 △에너지 효율과 냉각 효율을 높이기 위해 기존 상단 단자와 달리 단자를 측면으로 이동시킨 각형 배터리 폼팩터, △각형 셀의 부품 수를 35% 이상, 무게를 20% 이상 줄여 높은 에너지 밀도와 획기적인 원가 절감을 실현하는 CTP 기술, △셀에 내장된 통풍구를 통해 고온의 가스를 배출해 화재나 충격 발생 시 열폭주 확산을 방지하는 안전 기능인 무열전파 기술 등 향후 배터리 시장을 선도할 ‘초격차’ 기술이 적용된 다양한 제품 라인업을 선보였다.
※ 자료출처 : 글로벌이코노믹 “삼성SDI, 2027년 전고체 배터리 양산 돌입 확정…에너지 밀도 900Wh/L 목표”(2024.03.06. 보도자료)
이번 행사에서 삼성SDI가 공개한 로드맵에 따르면 업계 최초로 단 9분 만에 8%에서 80%까지 충전하는 초고속 충전 기술이 완성 단계이다. 이 기술은 리튬 이온 이동 경로를 최적화하고 낮은 저항을 구현함으로써 가능해졌다. 2026년까지 이 기술 개발을 양산 단계로 끌어올린다는 목표로, 이 기술이 적용되면 P5 대비 충전 시간이 크게 단축될 것으로 기대된다.
또한, 삼성SDI는 2029년까지 20년 이상 지속되는 배터리 솔루션을 개발해 양산하겠다는 계획도 발표했다. 현재 시장에 출시된 제품보다 2배 이상 긴 배터리 수명은 배터리에 들어가는 소재의 내구성 강화를 통해 달성할 계획이다. 이밖에도 △에너지 효율과 냉각 효율을 높이기 위해 기존 상단 단자와 달리 단자를 측면으로 이동시킨 각형 배터리 폼팩터, △각형 셀의 부품 수를 35% 이상, 무게를 20% 이상 줄여 높은 에너지 밀도와 획기적인 원가 절감을 실현하는 CTP 기술, △셀에 내장된 통풍구를 통해 고온의 가스를 배출해 화재나 충격 발생 시 열폭주 확산을 방지하는 안전 기능인 무열전파 기술 등 향후 배터리 시장을 선도할 ‘초격차’ 기술이 적용된 다양한 제품 라인업을 선보였다.
※ 자료출처 : 글로벌이코노믹 “삼성SDI, 2027년 전고체 배터리 양산 돌입 확정…에너지 밀도 900Wh/L 목표”(2024.03.06. 보도자료)
SK온 - Advanced SF 및 SF+ 배터리 공개
SK온은 인터배터리 2024에서 보다 진화된 배터리 급속충전 성능을 유지한 신제품을 공개했다.
그 주인공은 바로 기존의 SF배터리(Super Fast. 급속충전) 대비 에너지밀도는 높이면서 급속충전 성능은 유지한 Advanced SF 배터리이다.
SF 배터리는 SK온이 2021년 처음 공개한 하이니켈 배터리로 18분 만에 셀 용량의 10%에서 80%까지 충전할 수 있다.
Advanced SF 배터리는 이보다 에너지 밀도는 9% 높이면서 급속충전 시간은 유지했다.
배터리 충전 속도는 리튬이온 이동 거리와 이동 속도에 따라 결정되는데 에너지 밀도가 늘어나면 음극에서 이온이 이동할 때 속도가 느려지면서 충전 속도 또한 느려지기 마련이다.
하지만 Advanced SF 배터리는 SK온의 특수 코팅공법을 통해 음극 저항을 획기적으로 낮추고, 음극 정렬 공법을 적용해 리튬이온 이동경로를 단축함으로써 급속 충전이 가능하게 했다.
이를 통해 초기 배터리가 완충까지 걸리는 평균 3시간에 비해 시간을 대폭 단축시킨 것이다.
이밖에도 급속충전 시 과열로 인한 화재 발생을 예방할 수 있도록 Z-폴딩 기술도 적용했다.
Z-폴딩은 분리막을 Z자로 쌓아 양극과 음극이 물리적으로 닿을 수 없도록 한 구조이다. 양극과 음극이 직접적으로 닿을 때 화재가 발생하는데 그 위험을 원천적으로 차단한 기술이다.
아울러 급속충전 시간을 18분에서 15분으로 단축한 SF+ 배터리도 선보였다. SK온만의 이중 레이어 구조에 고용량 실리콘과 저저항 흑연을 배치해 리튬이온 이동 거리를 줄이고 이동 속도는 높였다. 저온 성능을 개선한 '윈터 프로'(Winter Pro) LFP 배터리도 공개됐다. 윈터 프로 LFP 배터리는 에너지 밀도를 19% 높이고도 저온에서 충전 용량과 방전 용량을 기존 LFP 배터리 대비 각각 약 16%, 10% 늘렸다.
현재 Advanced SF 배터리는 기아의 EV9 차량에 탑재되어 시장에 판매되고 있다. SK온은 앞으로도 ‘빠르고 안전한 방향’으로 배터리 개발 방침을 세우고, Advanced SF 배터리보다 개선된 배터리도 현재 개발 중에 있다.
※ 자료출처 : SK이노베이션 웹진 SKinno News(https://skinnonews.com) - 더 빨라지고, 더 강해졌다… SK온, 新 급속충전 기술 공개(2024.03.03. 게시글)
아울러 급속충전 시간을 18분에서 15분으로 단축한 SF+ 배터리도 선보였다. SK온만의 이중 레이어 구조에 고용량 실리콘과 저저항 흑연을 배치해 리튬이온 이동 거리를 줄이고 이동 속도는 높였다. 저온 성능을 개선한 '윈터 프로'(Winter Pro) LFP 배터리도 공개됐다. 윈터 프로 LFP 배터리는 에너지 밀도를 19% 높이고도 저온에서 충전 용량과 방전 용량을 기존 LFP 배터리 대비 각각 약 16%, 10% 늘렸다.
현재 Advanced SF 배터리는 기아의 EV9 차량에 탑재되어 시장에 판매되고 있다. SK온은 앞으로도 ‘빠르고 안전한 방향’으로 배터리 개발 방침을 세우고, Advanced SF 배터리보다 개선된 배터리도 현재 개발 중에 있다.
※ 자료출처 : SK이노베이션 웹진 SKinno News(https://skinnonews.com) - 더 빨라지고, 더 강해졌다… SK온, 新 급속충전 기술 공개(2024.03.03. 게시글)
2024
Vol.46
September | October
