[IR52 장영실상] 테슬라도 원통형 배터리 선택 최고 용량에 안전성까지 갖춰

삼성SDI '원통형 21700 리튬 2차전지'

왼쪽부터 박용철·이종화 상무, 김성종·김석준 수석연구원.

전기차 배터리는 모양(폼팩터)에 따라 각형·파우치형·원통형 배터리로 나뉘는데 각각 장단점이 있다. 이 중 원통형 배터리는 18650, 21700, 4680 등과 같이 크기가 규격화돼 있어 대량 생산이 쉽고 금속 캔을 사용하기 때문에 내구성이 우수하다. 또 전해질 유출 위험이 작아 화재 가능성이 낮은 점도 매력으로 꼽히고 있다.

높은 가격 경쟁력에 낮은 화재 위험 등으로 원통형 배터리를 채택하는 전기자동차 업체가 늘고 있다. 테슬라를 시작으로 리비안과 루시드 등 미국 주요 전기차 제조사들은 원통형 배터리를 도입했다. 원통형 배터리 시장은 연평균 20% 이상 고성장하고 있다.

제45주차 IR장영실상은 '원통형 21700 리튬 2차전지'를 개발한 삼성SDI가 수상했다. '21700'은 지름 21㎜, 높이 70㎜인 원통형(0) 배터리라는 의미다. 수상 제품에는 고용량·저저항 소재, 안전성 강화 부품 등 기존 제품과 차별화되는 기술이 적용됐다. 이를 통해 기존 제품 대비 6%가량 늘어난 배터리 용량을 확보했다.

삼성SDI는 처음부터 21700 원통형 배터리 중에서 세계 최고 용량 제품을 개발하는 것을 목표로 정했다. 하지만 배터리 용량과 안전성이 서로 상충되는 관계여서 개발 초기에는 어려움을 겪었다. 이를 극복하기 위해 삼성SDI는 니켈(Ni) 코발트(Co) 알루미늄(Al)이 조합된 NCA 양극과 나노 실리콘을 흑연과 복합화한 소재인 SCN 음극을 새 조합으로 최적화했다.

또 양극과 음극 사이에서 전자 이동을 촉진시키는 물질인 도전재 저항을 감소시켜서 수명을 개선했다.

지난해 양산을 시작한 원통형 배터리는 국외 2개 기업에 공급하고 있다. 향후 원통형 배터리를 채택하는 업체가 늘 것으로 보인다.

주최 : 과학기술정보통신부

주관 : 매일경제신문사 한국산업기술진흥협회

[강민호 기자]