[M 투데이 최태인 기자] LG에너지솔루션이 업계 최초로 하이니켈 파우치형 배터리에 차세대 배터리 공정 'CTP(Cell To Pack)' 기술을 적용한다.

20일 LG에너지솔루션 자동차전지개발센터장 최승돈 전무는 서울 강남구 한국과학기술회관에서 열린 ‘KABC(Korea Advanced Battery Conference) 2022’에서 “셀투팩(CTP) 기술 개발을 거의 완료했다. 파우치 배터리에 적용할 것”이라고 밝혔다.

통상 전기차 배터리는 ‘셀-모듈-팩’ 단위로 이뤄진다. 셀은 배터리 기본 단위로 모양에 따라 파우치형, 각형, 원통형 등으로 나뉜다. 이를 10~20개 묶은 것이 모듈 단계다. 모듈을 다시 직ㆍ병렬로 연결해 전압과 용량을 키우는 팩 형태로 전기차에 탑재된다.

CTP는 말 그대로 셀에서 팩을 잇는 것으로 모듈을 제외한 기술이다. 모듈이 차지한 공간만큼 더 많은 배터리 셀을 장착할 수 있다. 모듈 공정이 사라지는 만큼 단계가 축소되고 사용 부품도 절감된다. 시간과 비용이 줄어든다는 의미다.

그동안 CTP는 CATL 등 중국 업체가 주도해왔다. CATL은 각형 기반 LFP 배터리로 CTP를 구현했다.

이원계인 LFP는 삼원계 니켈ㆍ코발트ㆍ망간(NCM), 니켈ㆍ코발트ㆍ알루미늄(NCA) 등 대비 원가 우위를 보인다. 값비싼 니켈과 코발트가 사용되지 않기 때문이다. 기술 난도가 낮아 안정성에서도 유리하다. 과거 LFP는 구식 제품으로 치부됐으나 가격과 화재 방지 등 장점으로 완성차업체가 다시 채택하는 분위기다.

아울러 각형은 파우치형, 원통형 대비 CTP 구현이 용이하다. 셀 자체가 캔 케이스로 둘러쌓여 있어 모듈과 유사한 모양인 덕분이다. CATL은 CTP를 통해 각형 LFP 배터리의 무게와 에너지밀도 단점을 최소화했다. 가볍고 에너지밀도가 높은 파우치형 NCM 배터리와 경쟁이 가능해진 이유다. 국내에서는 삼성SDI가 각형 배터리에 CTP를 활용하기 위해 준비 중이다.

이에 대항하기 위해 LG에너지솔루션은 파우치형 배터리에 CTP를 도입하기로 했다. 파우치 기반 CTP는 업계 최초 시도다. LG에너지솔루션은 니켈 비중이 60% 이상인 하이니켈 파우치형 배터리에 CTP 공정을 업계에서 처음으로 적용한다는 계획이다.

NCM(니켈ㆍ코발트ㆍ망간) 등 삼원계 배터리는 통상 LFP 배터리보다 더 가볍고 효율이 높은 점이 특징인데, CTP 공정을 적용하면 무게를 더 낮출 수 있어 전비 경쟁력을 보다 강화할 수 있을 것으로 예상된다.

최 전무는 “파우치형에 CTP를 적용하면 각형 대비 무게 우위를 다시 찾을 수 있다”며, “이미 에너지밀도는 앞서고 가격 차이도 줄어들게 될 것”이라고 강조했다.

LG에너지솔루션은 셀 블록에 파우치 셀을 꽂는 형식으로 CTP를 구현할 전망이다. 이르면 오는 2025년부터 상용화할 것으로 보인다.

배터리 업계 관계자는 “NCM이나 니켈ㆍ코발트ㆍ망간ㆍ알루미늄(NCMA) 등 니켈 함량은 98%가 기술적 최대치다. 에너지밀도 향상으로 셀 가격을 낮추는 데 한계가 있기 때문에 공정 개선을 통해 제조원가를 떨어뜨리는 추가적인 노력이 필요할 것”이라고 설명했다.

최 전무는 “CTP는 일부 셀 변형이 있으면 대응이 어렵다는 단점도 있다. LG에너지솔루션은 모듈 유무에 따라 ‘투트랙’ 전략으로 갈 것”이라고 밝혔다.

LG에너지솔루션은 배터리 화재를 방지하는 ‘TP(Thermal Propagation) 솔루션’도 공개했다. 불이 번지는 시간을 늦추고, 모듈 및 팩으로 확산하지 않도록 하는 것이 핵심이다.

최 전무는 “배터리 화재 시 셀과 셀 사이 열전달을 막아야 하는 필수적이다. 연기는 나오더라도 화염으로 번지는 것을 최대한 늦추도록 할 것”이라며, “파우치형 배터리가 최대 79분까지 버틸 수 있는 기술을 확보한 상태”라고 말했다.

한편, LG에너지솔루션은 LFP 배터리를 개발하고 있다. 에너지저장장치(ESS)용으로 내년 초 출시할 예정이다. 아울러 망간 함량을 높인 '망간리치 배터리'도 준비 중인 것으로 알려졌다.