韓 vs 日 "4680 배터리 주도권 잡아라"

테슬라가 2020년 배터리데이에서 공개한 4680 원통형 배터리

차세대 전기차 배터리로 부상하고 있는 '4680' 원통형 배터리를 두고 한국과 일본 기업간 기술 경쟁이 시작됐다. 테슬라를 필두로 복수 완성차 업체가 4680 채택을 추진하면서 배터리 업체들이 4680 품질 강화와 양산능력 확보에 공들이고 있다.

LG에너지솔루션은 오창 공장에 4680 원통형 배터리 생산라인을 구축하고 있다. 연내 설비를 구축하고, 내년 하반기 양산이 목표다. LG에너지솔루션은 이 원통형 배터리를 두고 대외적으로 '46XX' 제품으로 소개 중이다. 지름은 46㎜이나 높이에 변화를 줄 수 있다는 뜻으로, 테슬라 외 고객사를 다변화하겠다는 의지가 반영된 것으로 풀이된다. 실제로 LG에너지솔루션은 오창 외 4680 배터리 라인 투자를 검토하고 있는 것으로 알려졌다.

삼성SDI는 천안사업장에 구축한 지름 46㎜ 원통형 배터리 생산라인에서 시생산을 시작했다고 최근 발표했다. 회사는 현재 복수 자동차 제조사와 공급 방안을 협의 중인 것으로 전해졌다. 고객사들에 샘플을 보내 높이 등 세부 규격을 확정하고 국내외 투자 계획을 세운다는 방침이다. 삼성SDI는 이 원통형 배터리 품질 향상에 각별히 신경 쓰는 한편 양산라인 투자를 검토 중이다. 현재 각형 배터리만 생산하고 있는 헝가리 공장 4680 원통형 투자 가능성이 거론되고 있다. BMW, 리비안 등이 잠재 고객사다.

테슬라는 캘리포니아 프리몬트와 텍사스 오스틴 공장에서 4680 배터리를 생산해 자사 전기차에 탑재하고 있다. 그러나 수량도 부족하고 수율이 충분치 못하다는 평가다. 4680을 내재화하겠다는 테슬라가 LG에너지솔루션과 파나소닉 등에서 조달을 추진하는 배경으로 풀이된다.

테슬라 최대 배터리 협력사인 파나소닉은 당초 2024 회계연도(2023년 4월부터 2024년 3월)에 4680 배터리를 대량 생산한다는 계획을 발표했지만 이를 2025년 회계연도 상반기(2024년 4월부터 2024년 9월)로 연기했다. 파나소닉은 경쟁력 향상과 성능 향상 방안 도출 때문이라고 이유를 밝혔다.

4680 배터리는 업계 처음 양산이 시도되는 제품인 만큼 수율을 확보하는 것이 업계 공통된 과제로 꼽힌다. 4680은 탭리스 설계 등 기존 원통형 배터리와 구조와 생산공정이 다르다. 특히 스웰링 현상과 레이저 용접 기술 안정화가 핵심이라는 분석이다.

활성화 단계에서 충방전을 반복하면서 가스가 발생하고 이 때문에 배터리가 부풀어오르는 스웰링 현상이 발생한다. 4680 배터리는 기존 18650이나 2170 배터리에 보다 크다보니 부풀어 올랐다가 수축하는 과정에서 뒤틀림 등 문제가 생기는 것으로 전해졌다.

하단부 레이저 용접도 난이도 높은 공정으로 꼽힌다. 노세원 LG에너지솔루션 센터장은 지난 3월 한 배터리 콘퍼런스에서 “4680 배터리 개발의 난제는 용접 기술”이라고 언급하기도 했다.

대량 생산까지 도달한 기업이 아직 없는 만큼 안정적인 생산성을 확보하는 곳이 차세대 전기차 및 배터리 시장을 선점할 것이란 전망이다.

업계 관계자는 “현재 4680 배터리 양산이 가능한 기업으로 테슬라를 비롯해 파나소닉, LG에너지솔루션, 삼성SDI 등 4개 업체가 꼽히는데 공통적으로 수율 확보에 어려움을 겪고 있는 것으로 보인다”면서 “수율 문제를 해결하는 업체가 시장을 주도할 수 있을 것”이라고 말했다.

또 다른 관계자는 “수율이 저조하면 제조 원가가 크게 올라가는 만큼 4680 대신 2170 배터리 용량을 5000mAh 이상 고용량으로 수준으로 올리는 방안 등도 대안으로 거론되고 있다”면서 “궁극적으로는 가스 발생과 팽창이 적은 소재 개발도 과제”라고 말했다.

정현정 기자 iam@etnews.com, 이호길 기자 eagles@etnews.com