리튬배터리 기술동향
리튬배터리 기술동향
  • 정창권
  • 승인 2016.12.05
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정창권 인셀㈜ 대표

기후변화 및 신재생에너지 보급이 확대됨에 따라 ESS(에너지저장시스템)용 리튬배터리의 수요가 급증하고 있으며, 디젤차 쇼크 이후 친환경차 대표 주자로 떠오른 전기차가 유럽,미국, 중국 등 선진 시장을 무대로 확대되고 있어 이 또한 리튬배터리 수요를 가속화 시키는 원인이 되고 있다. 따라서 관련 기업들의 생산시설 확대는 물론 성능 향상을 위한 기술개발도 소재부터 제품개발까지 폭넓게 이루어지고 있으며 다양한 기술적 성과가 나타나고 있다. 전기차 및 ESS용 리튬배터리 시스템은 Cell(단전지), Cell을 직병렬 연결한 모듈, 다수의 모듈로 구성되는 시스템, 그리고 이를 관리하는 BMS(Battery Management System)로 구성된다. 리튬배터리Cell은 사용되는 소재, 크기나 형상 등으로 분류할 수 있는데, 양극재 소재에 따라 NCM, LFP, NCA 등으로 구분하고 형상은 CAN형, 파우치형, 원통형 소형(18650)으로 구분할 수 있으며 시스템 제조사들은 Application에 따라 대형Cell(수십Ah의 CAN형, 파우치형) 또는 원통형 소형Cell(2~3Ah) 중 하나를 선택하여 제품을 생산하고 있다. 국내의 L사, S사는 대형 Cell을 기반으로 시스템을 제작하고 있어 관련 산업계뿐만 아니라 학계에서도 대형 Cell만이 리튬배터리 시장의 전부인 것처럼 생각하고 있으나 Tesla, Panasonic, Sony 등의 글로벌 기업들은 원통형 소형 Cell(이하 소형 Cell)을 기반으로 패키지 기술력을 확보하여 가격을 낮추고 전기차 및 ESS 시장을 넓혀가고 있는 상황인 만큼 글로벌 업체들의 동향을 살펴 볼 시점이라 생각한다. 지난 11월 4일 대한전기협회 추계학술대회에서 발표된 ‘원전용 리튬배터리 기술기준 개발’(위탁자: 한국수력원자력, 기초전력연구원 수행)에 의하면 소형Cell은 안전성, 성능, 환경시험에 모두 통과한 반면 대형 ell은 과충전시험에서 발화가 발생하였고, 효율시험에서 미달되었으며 8.3개월간 진행된 열노화시험에서 Swell(부풀음)현상이 발생하여 불합격되었다. 그리고 소형 Cell로 제작된 배터리시스템의 경우 진동시험(고리원자력 3,4호 건설기준)에서도 합격하여 소형Cell의 약점으로 인식되고 있는 ‘다 접점’에 의한 기계, 전기적 문제점이 전혀 없음이 확인되었다. 상기 결과만 보더라도 결코 소형Cell이 대형Cell에 비해 성능이나 안전성 측면에서 못지않다는 결론이다. 아마 테슬라와 같이 소형 Cell로 전기차와 ESS를 제작하는 글로벌 업체들도 이러한 내용을 사전에 인지하고 사업을 시작했을 것으로 생각되며 이들의 성공이 동종업계의 성공 모델로 인식되고 있음을 주목할 필요가 있다. 특히 중국의 신흥 전기차업체 중 상당수가 테슬라와 같이 소형 Cell의 이점을 살려 소형Cell 패키지 기술을 기반으로 전기차를 출시하고 있음에도 불구하고 아직도 국내에서는 소형Cell에 대한 인식조차도 잘못되고 있다. 심지어 소형Cell은 IT 전용Cell이라 ESS나 전기차에 적용할 경우 안전성과 성능에 문제가 있는 것처럼 평가하고 있는 실정이다. 이러한 평가는 배터리를 잘 모르거나 대형Cell 사업자들이 만들어낸 이야기에 불과하다. 만약 그런 말이 맞다면 테슬라의 성공은 어떻게 가능했는지 오히려 그들에게 묻고 싶다. 2012년부터 금년도 상반기까지 테슬라는 24만대의 전기차를 판매하여 약 15GWh의 소형Cell이 거리를 누비고 있는데 성능과 안전성에 의심을 두는 사람이 없다. Cell 제조사들은 수년 전부터 소형 Cell을 IT보다는 산업용(Power Tool용 등)으로 판매하고 있으며 주로 NCM, NCA 등 고성능 제품을 자동화된 기술로 대량 생산하고 있어 성능은 물론 가격 경쟁력까지 확보하여 전기차와 ESS 시장으로 확산되고 있다. 전기차에 성공한 Tesla는 2015년 4월 소형 Cell을 적용한 ESS를 출시하였고, 향후 전기차 생산능력을 확대하기 위해 소형Cell 전용 생산기지인 igaFactory를 통해 2020년에는 년간 34GWh를 생산할 계획을 갖고 있다.일본의 경우 파나소닉은 2014년 에너지저장밀도 개선과 가격 경쟁력을 위하여, 소형Cell로 ESS를 제작하여 주택용(5kWh급) 및 상업용(MWh급)까지 시판 중에 있고 소니 역시 소형Cell 기반으로 MWh 급까지 제작 시판 중에 있다. 현재까지는 국내 대기업이 세계시장을 선도하고 있어 국내배터리 전문가들 대부분은 국내기업들이 세계 시장을 석권할 것이라 낙관하고 있는 것이 사실이지만 Tesla를 중심으로 한 선진 업체들의 계획이 실현될 경우 국내시장까지도 장담할 수 없는 상황이 올 수 있다는 점도 고려해볼 시점이다.
 

 

 

 



 

 


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