국내 배터리 업체들이 전기차 배터리 폼팩터(형태)를 두고 신경전을 벌이고 있다. LG에너지솔루션(373220)은 파우치형, 삼성SDI(006400)는 각형을 주력으로 한다. 후발 주자 SK온은 파우치·각형·원통형 폼팩터를 모두 개발하고 있지만, 경쟁사 수준으로 품질을 끌어올리는 게 관건이다.
17일 업계에 따르면 LG에너지솔루션은 파우치형 배터리를 주력으로 생산하면서 이르면 오는 8월 4680(지름 46㎜·높이 80㎜) 원통형 양산을 시작한다. 아직 각형 배터리 생산 계획은 없다.
김제영 LG에너지솔루션 CTO(최고기술책임자)는 “원통형과 파우치형은 상호 보완적 성격을 갖고 있어, 두 폼팩터로 현재와 미래에 사용될 다양한 케미스트리(화학 구성)를 모두 수용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
파우치형 배터리는 얇은 알루미늄 필름 형태의 외장재를 사용해 무게는 줄이면서, 단위 공간당 더 높은 에너지밀도를 구현한다. 규격도 정해져 있지 않아 고객사 요청에 맞춰 디자인할 수 있다. 다만 외부 충격에 대한 보호력이 낮다는 게 단점이다.
LG에너지솔루션은 실리콘 음극재를 탑재한 배터리나 전고체 배터리에도 파우치형이 강점을 갖는다고 본다. 우선 실리콘 음극재는 기존 흑연 음극재 대비 리튬 저장 능력을 4∼10배 높이고 충전 시간을 단축할 수 있지만, 충·방전 시 부피 변화가 크다는 문제가 있다.
전고체의 경우 액체 대신 고체 전해질을 사용하기 때문에, 고체끼리 맞닿는 계면(접촉면·interphase)의 저항이 높아진다. 이 경우 이온 전도도와 배터리 수명이 낮아지는 문제가 생긴다. 실리콘 음극재와 전고체의 문제를 해결하기 위해선 배터리셀 전체에 균일한 압력을 가해야 하는데, 파우치형이 폼팩터 중 가장 유리하다고 LG에너지솔루션은 설명한다.
반면 삼성SDI는 각형 배터리를 주력으로 생산하고 있다. 고용량과 열 안정성을 위해 AL(알루미늄)이 첨가된 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 양극재를 사용하면서 안전에 더 힘을 주는 모습이다.
각형 배터리는 직육면체 형태의 알루미늄 캔을 외장재로 사용해 외부 충격에 강하다. 또 파우치형과 달리 하나의 배터리셀에 문제가 생겨도, 주변으로 문제가 전이되는 것을 차단할 수 있다. 다만 배터리가 무거워지는 게 단점이다.
삼성SDI는 각형 배터리 공정을 고도화하고 있다. 기존 젠(Gen4) 제품까지는 배터리 소재를 엮어서 돌돌 말아 캔에 넣는 와인딩(Winding) 방식으로 생산했지만, 젠5부터 양극·분리막·음극 등 소재를 계단처럼 층층이 쌓는 ‘스태킹(Stacking)’ 공법을 접목해 에너지 밀도와 내구성이 더 높아졌다.
삼성SDI는 오는 2027년 양산을 예고한 전고체 배터리도 각형 폼팩터를 채택할 전망이다. 회사는 최근 ‘인터배터리 2024′에서 각형 전고체 배터리 시제품을 공개했다.
업계 후발 주자인 SK온은 파우치형 배터리만 만들어 왔으나, 작년부터 각형과 원통형 모두 개발에 나섰다. 국내 기업 중 유일하게 3가지 폼팩터 포트폴리오를 모두 갖추는 게 목표다. 파우치형의 경우 지난 2019년 니켈 비중이 90% 수준인 NCM9 배터리를 세계 최초로 개발했으며, 지난해 미국 최고 권위 발명상인 ‘2023 에디슨 어워즈’ 내 ‘EV 배터리 향상’ 부문에서 수상하는 등 기술력을 인정받고 있다.
다만 각형과 원통형의 품질을 높이는 게 관건이다. 최재원 SK그룹 수석부회장은 올해 초 CES2024에서 “각형 배터리는 개발이 완료됐고, 원통형도 개발이 상당 수준 진전됐다”고 밝혔다.