위키원
얼티엄 배터리
얼티엄 배터리(UItium Battery)는 제너럴모터스(GM)와 LG화학의 합작사인 얼티엄셀즈에서 새롭게 개발한 배터리이다. 2020년 3월 4일(미국 현지 시간 기준),'EV 위크(EV Week)'에서 공개되었다.
미국 제너럴모터스(GM)의 신형 얼티엄 배터리는 대형 파우치 형태의 셀을 배터리팩 내부에 가로 혹은 세로로 배치할 수 있는 차별화된 구조로 설계돼 업계에서 매우 특별한 평가를 받고 있으며, 각 차량의 디자인에 따라 배터리 공간과 레이아웃을 최적화할 수 있는 장점이 있다. 이를테면 경쟁사 테슬라 원통형 셀 20개로 낼 수 있는 전력을 얼티엄 배터리 100Ah 셀 하나로 낼 수 있다는 얘기다. 얼티엄 배터리의 종류는 50kWh에서 200kWh까지 다양하며, 완충 시 정지상태에서 시속 60마일까지 3초 안에 도달할 수 있게 할 뿐만 아니라 400마일(약 644km) 이상 주행이 가능하게 해준다. 또한, GM이 개발한 모터와 함께 전륜 구동과 후륜 구동, 사륜 구동 및 고성능 사륜 구동 등 다양한 구동 시스템에 적용할 수 있게 설계됐다.[1]
개요
얼티움 배터리는 LG화학이 니켈, 코발트, 망가니즈, 알루미늄을 양극재로 사용하여 개발한 리튬이온 배터리로, 기존의 NCM 배터리보다 코발트 함량을 70% 줄이는 대신 알루미늄을 추가하고 니켈양을 늘린 새로운 유형의 NCMA 배터리다. [2]
얼티엄 배터리는 GM을 비롯해 테슬라, 니콜라, 혼다 등으로 확대되고 있다. GM은 배터리 비용 절감을 위한 노력으로 LG에너지솔루션과 합작법인인 얼티엄셀즈(각 지분율 50%)를 설립했다. 얼티엄셀즈는 미국 오하이오주 로즈타운에 건설 중으로 생산능력은 30기가와트시(GWh) 이상이다. 본격 양산 시점은 2022년 1월이다.
합작법인은 코발트 함량을 낮추는 특허 기술 등이 적용된 셀을 직접 생산해 배터리 셀 비용을 1kWh당 100달러 아래로 낮춘다는 목표다. 얼티엄 배터리는 셀에 들어가는 비싼 원료인 코발트가 적게 들어가고 상대적으로 저렴한 니켈과 망가니즈 비율이 높다.
얼티엄 배터리는 양극재에 NCMA를, 음극재에 실리콘계 첨가물을 적용할 예정이다. 음극재 내 실리콘계 첨가물 사용을 예상하는 이유는 2020년 말 GM-니콜라(Nikola) 전략적 제휴 발표에서 얼티엄 배터리 기술 로드맵이 일부 공개되었기 때문이다.[3]
기술
장축 셀
장축 셀은 배터리 셀 좌·우 길이가 500㎜ 이상인 제품이다. 기존 3단 배열 구조의 배터리 모듈을 2단 배열 구조로 바꿀 계획이다. 원가절감과 함께 열 관리, 다양한 차종 적용을 위한 선택으로 보인다.
LG에너지솔루션은 GM과의 전기차 배터리 합작사(얼티엄셀즈)를 통해 장축 배터리 셀로 모듈을 구성한다. 기존 '1+1+1'의 3단 배열에서 '1+1' 2단 배열을 채택했다. 일부 차종의 경우 전통적인 'T'자 배열의 ICE 플랫폼을 사용하지만, 대부분은 2단 배열 모듈을 적용할 계획이다. 장축 배터리 셀은 에너지 밀도를 높일 수 있는 기술이다. 같은 전기차라도 일반폭 배터리 셀 대신 장축 배터리 셀을 이용하면 1회 충전시 주행거리를 10% 이상 늘릴 수 있다. GM 전기차 플랫폼 '얼티엄(Ultium)'은 표준 모델 기준 12개의 배터리 모듈이 탑재된다. 양극재는 포스코케미칼과 LG화학이 만든 니켈·코발트·알루미늄(NCMA)을 쓴다. 니켈 함량 80% 이상이다.
장축 셀, 하이니켈 양극재, 2단 배열 모듈로 전기차 주행거리를 늘리고 원가절감과 다양한 차종 디자인이 가능하다. GM은 해당 배터리를 캐딜락, 쉐보레, GMC 브랜드 전기 스포츠유틸리티차량(SUV)·픽업트럭에 채용할 계획이다.
믹싱 장비
믹싱 장비는 양극재와 음극재를 일정하게 섞어주는 역할을 한다. 2300리터 대용량 모델이 채택됐다.
라미네이션 공정
라미네이션 공정은 배터리 소재를 계단처럼 층층히 쌓는 스태킹(Stacking) 공정의 일부다. 분리막 위에 양극·음극을 쌓고 라미네이션 공정으로 정렬한 다음 배터리 소재를 접어 만든다. 양극·음극을 낱장으로 재단 후 분리막과 번갈아 쌓는 Z-스태킹 공법과 비교해 셀 길이 확대가 상대적으로 손쉬운 것으로 알려져 있다.[4]
전망
얼티엄 배터리와 이를 동력원으로 하는 GM의 차세대 전기차 플랫폼으로 제너럴 모터스는 글로벌 전기차 시장을 리드할 미래 전략을 제시했다. 복잡성을 대폭 줄이면서도 보다 유연한 방식으로 GM의 풀사이즈 픽업 트럭 사업에 필적할 만한 규모의 경제성을 갖춘 다양한 브랜드와 세그먼트를 위한 전기차 전략이다. 전기차 전략의 핵심은 모듈식 차량 구동 시스템과 자체 개발한 얼티엄 배터리를 동력원으로 하는 3세대 글로벌 전기차 플랫폼으로, 차종을 가리지 않는 뛰어난 범 적용성을 그 특징으로 한다. 이를 통해 GM은 경제성을 중시하는 일반 전기차 모델부터 프리미엄 전기차, 상용 트럭 전기차, 고성능 퍼포먼스 전기차까지 다양한 범주에서 확고한 시장 경쟁력을 확보할 계획이다. 얼티엄 배터리를 동력원으로 하는 전기차들은 레벨2 및 DC 고속 충전용으로 설계됐다. 트럭을 제외한 대부분의 모델들은 400볼트 용량의 배터리 팩과 최대 200kW급의 고속 충전 시스템이 탑재되며, 넉넉한 출력이 필요한 트럭 플랫폼은 800볼트 용량의 배터리 팩과 350kW급 고속 충전 시스템이 적용될 예정이다.
이러한 GM의 유연하고도 모듈화된 전기차 개발 접근 방식은 아래 내용들을 포함해 상당한 수준의 규모의 경제를 이끌어내고, 새로운 수익 창출 기회들을 만들어낼 것으로 전망된다. GM은 LG화학과의 합작법인 설립을 통해 배터리 셀 비용을 1kWh당 100달러 미만으로 낮출 예정이다. 이 배터리 셀들은 코발트 함량을 낮추는 특허 기술이 적용되며, 계속되는 기술 및 제조 혁신을 통해 지속적으로 비용을 낮춰 나갈 계획이다. 또한 GM의 새로운 글로벌 전기차 플랫폼은 돋보이는 디자인, 퍼포먼스, 배터리 패키징, 주행 거리, 합리적인 가격을 바탕으로 SUV, 크로스오버, 승용모델, 상용차 제작에 모두 유연하게 대응할 수 있다.
GM은 토지와 건물은 물론, 차체 및 도장 공장과 같은 생산 설비 등 기존 자산을 활용해 전기차 사업에 들어가는 투자 비용을 효율적으로 절감할 수 있는 역량을 보유했다. 여기에 차량과 차량 구동 시스템 부분에서 부품 수를 최소화해 보다 단순한 부품 조립 방식으로 차량을 설계할 수 있도록 했다. 예를 들어, GM이 현재 생산하고 있는 내연기관 차량은 550가지의 파워트레인 조합으로 구성되어 있으나, 차세대 전기차 플랫폼을 통해서는 19가지의 배터리 및 드라이브 유닛 조합만으로도 가능하다. 그리고 미국 내 산업 전문가들은 미국의 전기차 판매량이 2025년부터 2030년 사이 약 300만대로 2배 이상 증가할 것으로 내다보고 있다. GM은 주력 자동차 세그먼트에서의 다양한 전기차의 출시, 충전 네트워크의 확충, 그리고 전기차 유지비용의 지속적인 감소에 따라 전기차 판매량이 기대치를 상회할 것으로 전망하고 있다. 배터리 셀의 제조가 수직적으로 통합됨에 따라 GM은 타사에도 라이선스 기술을 제공할 수 있다.
GM은 GM의 1세대 미래 전기차 프로그램을 충분히 수익성 있는 사업으로 평가하고 있으며, 동시에 또 다른 성장을 위한 발판이 될 것으로 전망하고 있다. 이를 통해 GM은 향후 5년 내로 글로벌 전기차 판매 100만대를 상회하는 실적을 기록할 것으로 기대하고 있다.
GM은 쉐보레, 캐딜락, GMC, 뷰익 등 각 브랜드별로 올해부터 새로운 전기차 모델들을 출시할 예정으로, 내년 10개의 모델에 달하는 신형 전기차를 포함해 2023년까지 전기차 라인업을 최대 22개 모델까지로 확충할 계획이다. 2020년 1월 샌프란시스코에서 공개된 크루즈 오리진은 자율주행 전기차로, GM의 3세대 전기차 플랫폼과 얼티엄 배터리를 사용한 GM의 첫번째 모델이다. 이어 출시될 모델은 오는 4월에 공개 예정인 럭셔리 전기차 SUV인 캐딜락 리릭(Cadillac Lyriq)이며 차량 출시와 관련된 세부사항은 추후 공개될 예정이다. 2020년 5월 20일에는 얼티엄 배터리가 탑재된 GMC 허머 EV(GMC HUMMER EV)가 공개되며, 2021년 가을 GM의 첫 번째100% 전기차전용 조립 공장인 디트로이트 햄트랙 공장에서 양산을 시작할 예정이다.[1]
각주
- ↑ 1.0 1.1 모토야, 〈GM, 신규 ‘얼티엄(Ultium)’ 배터리 및 차세대 글로벌 플랫폼 공개〉, 《모토야》, 2020-03-09
- ↑ 방정환 기자, 〈GM, 얼티움(Ultium) 배터리로 테슬라 추격〉, 《철강금속신문》, 2020-03-26
- ↑ 김들풀 기자, 〈얼티엄 배터리, "한국 2차 전지 세계시장 호재"〉, 《테크사이언스저널》, 2021-01-09
- ↑ 이수환 기자, 〈LG-GM 합작사 얼티엄셀즈, '장축 셀' 배터리 쓴다〉, 《디일렉》, 2021-03-20
참고자료
- 모토야, 〈GM, 신규 ‘얼티엄(Ultium)’ 배터리 및 차세대 글로벌 플랫폼 공개〉, 《모토야》, 2020-03-09
- 김들풀 기자, 〈얼티엄 배터리, "한국 2차 전지 세계시장 호재"〉, 《테크사이언스저널》, 2021-01-09
- 이수환 기자, 〈LG-GM 합작사 얼티엄셀즈, '장축 셀' 배터리 쓴다〉, 《디일렉》, 2021-03-20
- 방정환 기자, 〈GM, 얼티움(Ultium) 배터리로 테슬라 추격〉, 《철강금속신문》, 2020-03-26
같이 보기
