배터리셀

배터리셀(Cell)은 전기에너지를 충전, 방전해 사용할 수 있는 리튬이온 배터리의 기본 단위이다. 양극, 음극, 분리막, 전해액을 사각형의 알루미늄 케이스에 넣어 만든다.

배터리의 기본이 되는 셀은 자동차 내 제한된 공간에서 최대한의 성능을 발현할 수 있도록 단위 부피당 높은 용량을 지녀야 하고, 일반 모바일 기기용 배터리에 비해 훨씬 긴 수명이 필요하다. 또한, 주행 중에 전달되는 충격을 견디고, 저온/고온에서도 끄덕 없을 만큼 높은 신뢰성과 안정성을 가져야 한다. 배터리 셀의 특성이 전기자동차의 전반적인 성능에 중심적 역할을 하며 셀은 각형, 원통형, 폴리머 등 여러 형태가 있다.

흔히 '배터리'라고 통칭해서 부르지만, 이를 들여다보면 '셀(Cell)'과 '모듈(Module)', '팩(Pack)'으로 구성돼있다. 배터리 셀은 각각이 에너지를 저장했다 내보내는 역할을 한다. 이 자체만으로는 용량이 작기 때문에 이를 한데 묶은 모듈을 만들고, 이를 다시 크게 합쳐 팩을 만든다. 배터리의 원천은 셀에 있고, 이를 묶는 단위가 모듈-팩 순이라고 보면 된다.

전기차용 배터리 셀, 모듈, 팩

 

개요

BMW i3 하부에 탑재된 배터리 팩(모듈 8개, 셀 96개로 구성)

전기차를 움직이려면 스마트폰의 수천 배에 달하는 엄청난 양의 전기가 필요하다. 때문에 배터리가 수십 개에서 많게는 수천 개까지 필요하다. 전기차 종류에 따라 구성이 조금씩 차이가 나지만 일반적으로 전기차 배터리는 셀(Cell), 모듈(Module), 팩(Pack)으로 구성된다. 배터리라고 하면 보통 배터리 단품 '셀'을 얘기한다. 이 수 많은 배터리 셀을 안전하게 그리고 효율적으로 관리하기 위해 모듈 단위로 모으고, 또 이 모듈들을 모아 하나의 팩이라는 형태를 거쳐 전기차에 탑재한다.

셀, 모듈, 팩은 쉽게 배터리를 모으는 단위로 생각하면 된다. 배터리 셀을 여러 개 묶어 모듈을 만들고, 모듈을 여러 개 묶어 팩을 만드는 것이다. 전기차에는 최종적으로 배터리가 하나의 팩 형태로 들어가게 된다.

삼성SDI의 배터리가 들어간 전기차 BMW I3의 배터리를 예를 들면 i3에는 배터리 셀이 총 96개 탑재된다. 셀 12개로 이뤄진 모듈, 이런 모듈 8개가 묶여 1개의 팩으로 되는 것이다. 재규어 랜드로버의 전기차 아이페이스(I-PACE)에는 LG화학의 배터리가 장착돼 있는데, 12개의 셀로 이루어진 36개의 모듈이 1개의 배터리팩을 만든다.

셀 표준

배터리는 모양에 따라 원통형, 파우치형, 각형 등 3가지로 나뉜다.

원통형 배터리는 이 중 가장 오래된 기술이다. 흔히 볼 수 있는 AA건전지 형태로 과거 노트북이나 휴대폰 등에 주로 사용됐다. 전자기기의 슬림화와 함께 2010년 이후 성장세가 꺾였지만 미국 전기차 업체 테슬라가 원통형을 채택하면서 상황이 바뀌었다.

테슬라는 일본 파나소닉, LG에너지솔루션(중국형 모델3·모델Y)으로부터 원통형 배터리를 공급받고 있다. 테슬라는 2020년 9월 '배터리데이'에서 신형 '4680 배터리'를 소개하며 미래 표준으로 원통형 배터리를 채택하겠다고 밝혔다.

파우치형은 셋 중 가장 진보된 형태의 배터리로 꼽힌다. 주머니 모양으로 수십 개의 배터리 셀을 쌓아 올린 형태다. 공간을 효율적으로 활용할 수 있고 대용량을 탑재할 수 있다. 대신 상대적으로 안전성이 떨어진다는 단점이 있다. LG에너지솔루션과 SK이노베이션의 주력 제품이다.

각형은 사각형의 금속틀 안에 배터리 셀을 구성한 형태다. 안전성은 높지만 무겁기 때문에 대용량을 탑재할 수 없고, 그만큼 주행거리가 줄어든다는 것이 단점이다. 중국 CATL, BYD와 삼성SDI가 주로 생산한다. CATL은 각형 배터리의 단점을 극복하기 위해 자동차 섀시에 배터리 셀을 결합하는 기술을 연구하고 있다.

현대차 GM 등 글로벌 완성차 업체들이 최근 신형 전기차에 파우치형을 적극 채택하면서 파우치형이 대세로 떠올랐지만 테슬라가 원통형, 2021년 3월 폭스바겐이 각형을 주력으로 삼겠다고 선언하면서 구도가 다시 흔들리고 있다.

업계 관계자는 "꿈의 배터리로 불리는 전고체(全固體) 배터리가 상용화되면 업계 판도가 다시 한 번 뒤집힐 것"이라며 "그전까지 각형 파우치형 원통형을 둘러싼 배터리 표준 논쟁이 계속될 것"이라고 말했다.

동영상

테슬라가 유튜브와 인스타그램 등 SNS에 공개한 'Making batteries'라는 제목의 약 1분 분량의 배터리 제작 과정 영상

참고자료

• 전기차 배터리 구성, 셀? 모듈? 팩? 바로 알자!〉, 《삼성SDI》
• 이재운 기자, 〈전기차 배터리가 궁금해①배터리의 구성 '셀→모듈→팩'〉, 《이데일리》, 2017-10-03
• 〈배터리 표준〉, 《네이버 지식배과》
• 〈"셀, 모듈, 팩…전기차 배터리 그 속이 궁금하다"〉, 《헤럴드경제》, 2019-06-08

같이 보기

• 배터리모듈
• 배터리팩

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