제조 단계부터 열폭주 차단···K배터리 '기술방패' 더 강화한다 [biz-Focus]

■화재사고 방지 힘쓰는 국내 기업
LG엔솔, 내부폭발 에너지 배출
삼성SDI는 과충전 때 전류 차단
SK온도 새 기법 'Z폴딩' 상용화
3사, 안전성 높은 전고체 개발도

지난 5일 인천 청라 아파트의 지하 주차장 화재 현장에서 합동 감식을 마친 경찰이 화재가 발생한 전기차를 옮기고 있다. 연합뉴스

[서울경제]

인천 청라의 전기차 화재 사고로 배터리 안전성이 소비자 선택의 핵심 기준으로 떠오르면서 국내 배터리 회사들의 화재 예방 기술이 다시 주목받고 있다. 국내 업체들이 주력으로 삼고 있는 니켈·코발트·망간(NCM) 삼원계 배터리는 니켈 비중이 높아 주행거리를 늘릴 수 있지만 안전성이 낮아질 수 있어 화재 등 안전성을 관리하는 것이 기술력의 주된 요소로 평가받는다. 배터리 3사는 화재 발화 및 폭발 위험이 거의 없는 전고체 배터리 개발과 함께 제조 단계부터 열 폭주를 사전에 방지하는 기술 개발에 총력을 기울이고 있다.

15일 업계에 따르면 배터리에서 발생하는 열의 이동을 방지하는 기술은 안전성 강화에 있어서 핵심으로 꼽힌다. 전기차 화재는 배터리 결함, 외부 충격, 과충전 등 다양한 원인으로 발생한다.

특히 외부 충격이나 과충전 시에는 배터리 내부에서 양극과 음극이 접촉하는 단락(합선)이 발생해 강한 에너지를 낸다. 이때 배터리 내부 온도가 상승하고 그 열이 다른 배터리 셀·모듈·팩 등으로 옮겨가며 화재로 이어지는 식이다.

LG에너지솔루션은 배터리 모듈에 방화 소재를 적용하고 발화하더라도 배터리 팩 밖으로 불이 빠져나오는 시간을 늦추는 소재로 팩을 생산한다. 올해 말 양산 예정인 차세대 원통형 배터리 46(지름 46㎜) 시리즈에는 내부 폭발 에너지를 셀 단위부터 외부로 배출하는 기술을 적용하기로 했다. ‘디렉셔널 벤팅’으로 불리는 이 기술은 배터리 내부의 폭발 에너지를 외부로 빠르게 배출해 셀의 저항을 줄임과 동시에 셀의 안전성을 높여준다. 열 폭주로 불리는 연쇄 발화를 방지해준다는 얘기다. LG에너지솔루션은 배터리관리시스템(BMS)을 통해 이상 징후를 파악하는 시스템도 구축하고 있다. BMS 기술은 실시간으로 정보를 수집·분석해 사용자에게 보다 정확한 진단 및 예측 정보를 제공한다.

삼성SDI는 각형 배터리 캔 위에 작은 뚜껑 형태의 가스 배출 장치인 벤트(VENT)를 적용했다. 평소에는 닫혀 있다가 내부에서 열이나 가스가 발생하면 이를 열어 배출하는 방식이다. 이와 함께 과충전 시 전류를 차단하는 과충전 방지 장치와 내부 단락이 생기거나 높은 전류가 흐를 때 회로를 끊는 단락 차단 장치를 탑재했다.

SK온은 양극과 음극 사이의 분리막을 지그재그로 쌓아 화재 위험을 낮춘 Z폴딩을 상용화했다. Z폴딩 기법은 셀 스트레스를 최소화하고 양극과 음극을 균일하게 적층해 화재를 유발할 수 있는 전극 간 접촉 가능성을 차단한다. 배터리 구성 요소의 정렬이 틀어질 수 있는 가능성을 방지해 안전성도 높여준다. SK온은 향후 셀과 셀 사이에 방호재를 삽입해 열 전이를 억제하는 S팩을 적용할 계획이다.

배터리 3사는 ‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리도 지속적으로 개발하고 있다. 양산 시점이 가장 빠른 곳은 2027년을 목표로 하고 있는 삼성SDI다. 지난해부터 전고체 배터리 샘플을 만들어 고객사로부터 긍정적인 반응을 얻고 있다. 올해 하반기까지 전고체 배터리의 주요 생산 공법과 라인 투자 계획도 마무리한다. 후발 주자로 여겨지는 SK온은 2028년까지 고분자-산화물 복합계 전고체 배터리를 양산한다. 황화물계 전고체 배터리 양산은 2029년이 목표다.

노해철 기자 sun@sedaily.com이건율 기자 yul@sedaily.com