[IR52 장영실상] 한종류 배터리 파우치 셀 20여종 차량에 적용 가능

LG에너지솔루션 '100Ah급 파우치 셀'

왼쪽부터 정원희 상무, 최정석 책임, 이재헌 연구위원.

엄격해지는 환경 규제로 인해 내연기관 차량에서 전기차로의 전환은 피할 수 없는 시대적 흐름이 됐다. 글로벌 자동차 업체들은 전기차 시장에서 경쟁력을 확보하기 위해 다양한 차량에 대응할 수 있는 모듈러 플랫폼을 개발하고 있다. 문제는 하나의 공용 셀로 여러 차량의 각각 다른 요구 사항을 충족시키기 어렵다는 점이다.

2023년 43주 차 IR52장영실상 수상 제품으로 LG에너지솔루션이 개발한 차세대 전기차 모듈러 플랫폼향 100Ah급 파우치 셀이 선정됐다. 전기차 모듈러 플랫폼을 위해 개발된 해당 제품은 20종 이상의 차량에 공통으로 적용 가능한 대용량·고안전성 셀이다. 다양한 차량의 요구 사항을 단일 셀로 만족시키기 위해서 차별화된 소재와 설계 기술이 적용됐다.

이 제품은 고함량 니켈(Ni)의 니켈·코발트·망간(NCM)에 알루미늄(Al)까지 첨가한 양극제를 사용한 사원계 배터리다. 특히 양극재의 입자 크기와 혼합 비율까지 최적화해 저항, 수명, 안정성 등 제품 성능은 물론 전극 생산성까지 동시에 확보했다. 또 음극재를 최적 비율로 사용해 충전 속도를 높이고 성능을 향상시켰다. 업계 최초로 58㎝ 길이의 파우치 셀 모양으로 개발해 에너지 밀도를 높이고 냉각 성능을 강화했다. LG에너지솔루션의 독보적인 다층 전극 코팅 기술과 구조 기술을 반영해 생산성도 높였다.

20종 이상의 차량에 공통으로 적용되는 특성상 다양한 차량의 요구 항목을 모두 충족시켜야 하기 때문에 단일 차종을 위한 프로젝트보다 개발 단계에서부터 더 많은 설계 검토와 검증이 필요했다. 또 고속 생산을 위한 전극 코팅 기술 등이 가능한 설계를 하고 이를 실제 라인에 적용 가능한지 검증하는 데 많은 어려움이 있었다. 이를 해결하기 위해서 LG에너지솔루션 내부 유관 부서뿐 아니라 자동차 고객사와도 다양한 협업을 적극적으로 진행했다. GM의 전기차 공용 플랫폼인 BEV3에 적용돼 허머 EV를 시작으로 이 제품이 적용된 20종 이상의 GM 차량도 순차적으로 출시되고 있다. 2021년 오창공장에서 이 제품을 처음 생산하기 시작한 LG에너지솔루션은 2023년부터는 폴란드와 중국 공장에서도 양산하기 시작했다.

LG에너지솔루션과 GM의 북미 조인트벤처(JV)인 얼티엄셀즈에서는 2022년 미국 오하이오 1공장에서 양산을 시작했고 현재 준비 중인 테네시 2공장, 미시간 3공장에서도 생산돼 연 140GWh 규모의 제품이 양산될 예정이다. 동일한 셀 설계로 연 140GWh 이상의 제품이 양산돼 다양한 차종에 공용으로 적용될 예정이다. 연구팀은 이후에도 모듈러 플랫폼에 적합한 제품 개발을 지속적으로 이어나갈 계획이다.

[강민호 기자]