몸집 키운 테슬라 차기 원통형 배터리...국내 게임체인저는 누구?

일본의 파나소닉(Panasonic)이 4680 원통형 배터리의 시제품을 테슬라에게 전달하며 양산에 한 발 더 다가섰다.

최근 테슬라가 파나소닉에 4680 원통형 배터리 개발에 박차를 요구했다는 사실이 외신을 통해 알려졌는데 이에 대한 답변으로 해석할 수 있다. 파나소닉 배터리부분장 카스오 타다노부는 일본에 신설한 파일럿 라인에서 대규모 시제품 생산이 가능하다고 밝혔다. 

4680 원통형 배터리는 테슬라 전기차량의 차세대 배너리 폼팩터(외형)로 주목을 받았으며 오는 하반기부터 테슬라가 생산한 일부 모델에 탑재된다는 전망이 있다. 특히 국내에서는 어떠한 업체가 테슬라의 4680 원통형 배터리 공급에 참여할 수 있을지 관심이 모이고 있다. 

2020년 9월 배터리데이에서 테슬라는 차세대 원통형 배터리 폼팩터(외형)로 4680을 제시한 바 있다. 이후, 배터리 공급업체들은 해당 규격을 만족하는 대용량 원통형 배터리 개발에 열을 올리고 있다. 4680은 지름 46㎜ 높이 80㎜의 원통형 배터리의 규격을 의미하며 기존 배터리 대비 에너지 밀도는 5배, 출력은 6배 높여주어 16%의 주행거리를 늘릴 수 있다는 것이 테슬라의 설명이다. 에너지 밀도는 배터리를 한 번 충전했을 때 사용할 수 있는 에너지양을 나타낸다.

한국자동차연구원이 지난달 초에 발표한 산업동향보고서에 따르면 ‘이 배터리가 향후 전기차 시장의 판도를 좌우할 것’이라고 밝혔다. 그만큼 새로운 규격의 원통형 배터리가 공급업체와 제조사에게 중요한 과제로 자리매김한다는 뜻이다.

완성차 시장에서는 볼보, 재규어 등이 원통형 배터리를 사용하고 있으며 최근 BMW도 CATL에서 공급하는 원통형 배터리를 채택했다. 전기차용 배터리의 외형은 크게 파우치형, 각형, 원통형으로 구분된다. 

일반적인 원통형은 배터리 소재를 한번 감아 만든 젤리롤(jelly roll) 형태로 소형화에 유리하다. 특히 고출력을 요하는 소형 제품의 이차전지로 많이 활용됐다. 단가가 낮고 대량 생산에 용이하며 부피당 에너지 밀도가 높다는 점이 장점이다.

이러한 소형 배터리를 전기차용으로 제작하려면 다수의 배터리를 하나로 연결해야 한다. 이러한 형태를 ‘배터리 시스템’이라고 하는데 사용되는 배터리 양이 증가할수록 구축비용이 증가한다. 따라서 배터리 낱개의 크기를 키우는 것이 원가 절감에 주요 단서가 됐고 4680이 거론된 것이다.

현재 4680 원통형 배터리 양산을 준비 중인 업체는 테슬라와 오랜 파트너 관계인 일본의 파나소닉이 대표적이다. 지난 2021년 10월 파나소닉은 테슬라와 함께 개발한 4680을 공개했다. 뿐만 아니라 안정적인 공급을 위해 일본 서부 생산 시설에 신규 라인을 증설하고 미국 텍사스 기가팩토리(테슬라 생산 공장)와 가까운 부지에 배터리 생산 공장 신설도 검토 중에 있다. 당초 2023년 3월 본격 양산을 게시하겠다고 선언했지만 현재는 1년을 미룬 상태로 양산 최적화에 어려움 있는 것으로 보인다. 

국내기업으로는 LG에너지솔루션이 지난해 4680 원통형 배터리 시제품 개발을 완료하면서 준비 중에 있지만 양산에는 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다. 업계에선 LG에너지솔루션이 양산 준비만 마친다면 테슬라와 협력관계를 이어갈 것으로 보고 있다.

LG에너지솔루션(LG화학)은 2020년 중국 상하이 기가팩토리에서 생산하는 테슬라의 모델Y를 위한 2170 원통형 배터리를 공급하면서 주요 파트너사로 자리매김했다. 당시 파나소닉과 중국의 CATL이 나누어 수주할 것이라는 관측과 달리 LG에서 전량 공급했다. 지난 3월부터는 독일 베를린 기가팩토리에서 생산하는 모델Y의 원통형 배터리를 공급하고 있다. 

삼성SDI 역시 4680 원통형 배터리 개발에 막바지에 다다랐다. 업계에 따르면 상용화 직전 ‘높이’를 확정하기 위해 고객사와의 조율에 한창인 것으로 알려졌다. 4680이라면 길이는 80㎜가 되어야 마땅하다.

하지만 고객사가 요구하는 ‘높이’에 조금씩 차이가 있어 이를 종합해 배터리 규격을 하나가 아닌 몇 가지 형태로 표준화하는 방식을 채택할 것으로 알려져 있다. 현재 삼성SDI가 일본의 파나소닉, 국내의 LG에너지솔루션, 중국의 CATL과의 경쟁에서 테슬라의 주요 파트너사가 될 수 있을지는 미지수다.

테슬라 입장에서는 4680 원통형 배터리 공급업체의 다변화를 추진해야 가격 경쟁력을 개선할 수 있고 공급 안정성을 높일 수 있다. 테슬라 역시 배터리 독립을 위해 직접 개발 중이지만 수율(yield·투입대비 양품 비율)이 높지 않은 것으로 파악되고 있다. 업계에 따르면 미국 프레몬트 기가팩토리에서 진행 중인 테슬라 배터리 4680의 시험 생산 수율은 40% 정도로 알려져 있다.

수율이 90% 이상은 되어야 양산의 안정성이 충분하다. 따라서 현 단계에서 4680 원통형 배터리의 원활한 공급은 파나소닉과 LG에너지솔루션 등 주요 파트너사에 달려 있다고 보아도 무방하다.

박세헌 IT 칼럼니스트 mratoz0111@naver.com