[테크코리아 2022]LG에너지솔루션 '4680 배터리 성능·안정 고도화 박차'

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LG에너지솔루션이 차세대 원통형 배터리 폼팩터 '4680' 성능 고도화와 안정성 확보에 박차를 가한다. 테슬라 등 전기차(EV) 시장에서 고용량 배터리 수요가 확대되자 기술력을 앞세워 시장을 선점하겠다는 것이다. LG에너지솔루션은 고객사와 다양한 테스트 기법을 도입, 원통형 배터리 경쟁력을 강화한다.

노세원 LG에너지솔루션 소형전지개발센터장은 20일 테크코리아 2022에서 'LG에너지솔루션 원통형전지 개발 방향'을 주제로 4680 배터리 고객 확대를 위한 성능과 안정성 확보 전략을 공개했다. 4680 배터리는 지름 46㎜, 길이 80㎜ 큰 원통형 배터리로 2020년 테슬라가 개발 계획을 발표했다. 기존 대비 에너지 용량은 5배, 출력은 6배가 늘어나면서 전기차 시장에서 수요가 확대될 것으로 전망된다. 성능을 높이는 동시에 배터리 안정성을 확보하기 위한 배터리 제조사 간 경쟁이 치열하다. 업계에서는 테슬라 Y 모델 기준 4680 배터리를 탑재하면 최대 5500달러 비용 절감이 가능할 것으로 본다.

노 센터장은 “전기차 관점에서는 4680 배터리 셀 숫자가 줄어들어 경쟁력을 확보할 수 있다”며 “그러나 크기를 키우면 전극 길이가 기존 1미터 수준에서 4~5미터로 확대되는 등 공정 과정에서 발생할 여러 문제를 해결해야 한다”고 밝혔다. 전류도 5암페어에서 25~30암페어로 늘어나 출력을 키우기 위한 새로운 물질과 공정이 필요한 상황이다.

LG에너지솔루션은 기존 NCM(니켈·코발트·망간)에서 알루미늄(A)을 도핑한 사원계(NCMA) 양극재로 안정성을 확보하고 있다. 니켈 함유량도 늘린다. LG에너지솔루션은 최근 니켈 90% NCMA 배터리를 세계 최초로 상용화한 바 있다. 노 센터장은 “니켈 90% 이상 양극재도 지속 개발 중”이라며 “니켈 함유량이 높아지면 반응성이 올라가기 때문에 전해액과 반응해도 안정성을 확보하기 위해 양극 표면 최적화 방안도 추진 중”이라고 밝혔다. 활물질 단결정화로 배터리 안정성을 높이는 연구도 진행한다.

배터리 화재와 급속 충전 시 발생할 수 있는 도전 과제도 해결한다. LG에너지솔루션은 고객사와 650도 이상 환경이나 고의로 셀을 터트려 셀 간 미치는 영향을 사전 테스트(RHT·PPR)하고 있다. 노 센터장은 “원통형 배터리 모듈을 구성하다 보면 셀 간 빈틈이 발생하는데 이를 레진 등으로 채워 열 확산을 방지하는 것을 설계에 반영했다”며 “급속 충전 시 발생하는 열을 줄이기 위한 다양한 셀 쿨링 연구와 일정한 온도에서 성능을 낼 수 있도록 기술 개발을 진행 중”이라고 밝혔다.

LG에너지솔루션은 내년 하반기 4680 배터리 부분 양산을 시작, 2024년 대량 양산에 돌입할 것으로 보인다. 오창 2공장에 4680 배터리 신규 투자에 나선 LG에너지솔루션은 2023년 10월까지 5818억원을 투입, 9GWh 생산 능력을 증설한다.

[원통형 소형전지 시장 전망]

(단위 : 백만셀)

자료 : SNE리서치

권동준기자 djkwon@etnews.com