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2170 배터리
2170 배터리는 지름 21mm, 길이 70mm의 원통형 배터리이다. 21700 배터리라고도 하는데, 추가되는 숫자 영(0)은 자동차 배터리용으로 사용되는 파우치형, 각형, 원통형 배터리 중 원형이라는 뜻이다.[1] 2세대 격으로 개발된 2170 배터리는 기존의 1865 배터리보다 50% 큰 용량을 확보하고 성능을 개선하여, 보다 적은 수의 배터리를 연결해 원하는 용량의 전기자동차 배터리를 구성할 수 있다. 2022년 6월 기준, 양산되고 있는 전기자동차에 탑재되는 배터리가 바로 2170 배터리이다.
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특장점
높이 70mm, 지름 21mm의 원통형 배터리 2170 배터리는 처음엔 전기자동차에 사용할 목적으로 개발되었다. 기존 1865 배터리는 전기차 1대를 구동하기 위해 장착해야 하는 배터리가 수천 개에 달해 차량이 무거워지는 단점이 있었다. 이를 개선하기 위해 개발된 것이 바로 2170 배터리다. 2170 배터리는 1865 배터리 대비 용량을 50% 향상시키고 에너지 밀도를 높였다.[2] 배터리셀의 부피를 키우고, 니켈이 80% 이상 들어간 NMC811이나 NCMA 양극재를 적용해 용량을 50% 이상 늘린 것이다. 다만 이 비율은 제조사에 따라 다르다. 삼성SDI㈜는 니켈 함량이 80% 이상인 니켈·코발트·알루미늄(NCA)을 사용하는 반면, ㈜엘지에너지솔루션은 NCM622(니켈·코발트·망간 비율 6:2:2) 위주로 사용하다가 2019년부터 본격적으로 NCM811(니켈·코발트·망간 비율 8:1:1)을 쓰고 있다.[3] 결론적으로 에너지 밀도를 높일 수 있는 하이니켈 양극재를 적용한 2170 배터리는 1865 배터리보다 적은 수로 원하는 용량의 배터리팩을 구성할 수 있다. 또한 2170 배터리는 기존 1865 배터리의 생산라인을 그대로 사용하여 별도의 증설 없이 제작할 수 있는 데다, 전기차 1대를 구동하기 위해 필요한 배터리 개수가 1865 배터리의 경우 7,000여 개인데 비해 2170 배터리는 3,000여 개에 불과해 생산 비용을 낮출 수 있다는 장점이 있다.[4] 출시 이후 2170 배터리는 용량, 수명과 출력을 동시에 극대화할 수 있는 최적 사이즈로 원가 경쟁력을 갖췄다는 평가를 받으며 원통형 배터리의 새로운 표준이 되었으나,[5] 2170 배터리보다 용량 및 성능이 개선된 4680 배터리가 개발되며 배터리 업체들의 무게 중심이 4680 배터리로 옮겨가고 있다.[6] 다만 2170 배터리는 개발 안정화가 이뤄졌으나, 아직 4680 배터리는 개발 안정화가 이뤄지지 않아 양산차에 탑재되지는 않는다.[7]
비교
1865 배터리
1865 배터리는 인류 역사상 가장 많이 팔린 원통형 배터리이다. 완성도 높은 기술, 고도의 자동화, 보증 배터리 및 낮은 비용의 특성을 가진 1865 배터리는 전기차를 초기에 전력화하여 비용을 절감할 수 있는 최선의 선택이었다. 하지만 1865 배터리는 그 크기에 비해 매우 제한되어 있다. 리튬이온 배터리의 에너지 밀도를 높이려는 수요가 큰 상황에서, 1865 배터리셀은 용량이 크게 늘어날 수 없기 때문이다. 그래서 개발된 것이 2170 배터리이다.[8] 2170 배터리는 1865 배터리의 2세대 격이다. 부피는 1865 배터리 대비 47%, 용량은 30~40% 늘었다. 일방적 용량 증가보다는 단셀 품질 등 신뢰성이 크게 높아져, 배터리 대용량화를 위한 설계 및 공정과 충전 및 방전 제어에 안정적인 성능을 발휘한다. 1,000개의 1865 배터리로 전기자동차 한 대를 만들었다면, 2170 배터리는 700개 이하로 줄일 수 있다.[9]
4680 배터리
4680 배터리는 차세대 배터리로, 전고체 제품 이전에 나올 수 있는 가장 개선된 형태다. 기존 배터리보다 에너지 용량을 높여 비용을 절감할 수 있다. 양산중인 2170 배터리에 비해 크기를 키우면서 에너지 용량은 5배, 출력은 6배 개선돼 전기자동차 주행거리도 16% 늘어난다.[10] 실제로 테슬라(Tesla) 모델3 및 모델Y에 탑재된 2170 배터리와 4680 배터리를 비교 분석한 결과, 4680 배터리를 사용하면 충전시간이 줄어들었다. 섭시 29.4℃의 환경에서 4680 배터리를 10%에서 80%까지 충전하는 데 걸리는 시간은 2170 배터리의 25분에서 15분으로 단축될 것으로 예상된다. 만약 50%까지만 충전할 경우 7분 이내에 가능할 것으로 보이며, 이는 내연기관 자동차를 주유하는 것과 비슷한 수준이라는 점에서 큰 차이를 보인다. 예상 최대 충전 출력은 2170 배터리의 250kW에서 4680 배터리의 275kW로 증가했다 275kW 충전 출력은 10~50% 충전 상태에서 일정하게 유지되며 이후 속도가 점점 줄어들기 시작한다.[11]
제조사
파나소닉
2170 배터리를 가장 빨리 탑재한 테슬라(Tesla)에 줄곧 1865 배터리를 공급해온 파나소닉(Panasonic)은 2015년 지름과 길이를 늘인 2170 배터리셀을 공개했다. 기존 배터리의 에너지 밀도를 5% 향상시키고 값비싼 코발트 등 사회 환경적 비용이 드는 화학물질을 줄인 것이 특징이다. 이 배터리셀은 네바다주 기가팩토리에서 생산하여 모델3와 모델Y에 장착됐다. 파나소닉은 2170 배터리가 당시 대량 생산되는 배터리 가운데 에너지 밀도가 높고 가장 저렴하다고 주장했다. 2170 배터리는 기존보다 20% 이상의 에너지 밀도 향상을 가져온다. 또한 2019년 기준으로 2170 배터리(170 달러)는 1865 배터리(185 달러)보다 약 9%의 생산 비용이 절감됐다.[12]
삼성SDI㈜
삼성SDI㈜는 미국의 전기자동차 스타트업인 리비안(Rivian)에 2170 배터리를 공급하고 있다. 구체적으로 리비안의 전기픽업트럭 R1T와 전기SUV 차량인 R1S에 2170 배터리를 공급한다. 테슬라 모델3와 모델Y에 탑재되는 것과 동일하다. 삼성SDI㈜와 리비안은 R1S와 R1T의 개발 초기 단계부터 뜻을 모아온 것으로 알려진다. 세부적인 계약 내용, 배터리 스펙 등은 공개되지 않았다. 다만 리비안이 "R1S와 R1T는 어드벤처 차량으로 극한의 온도와 과도한 사용을 견딜 수 있는 배터리가 필요하다"고 강조해온 것을 미뤄봤을 때 기존 시장에 나온 배터리 대비 안전성 구현에 초점을 맞췄을 것으로 보인다. 리비안은 R1T와 R1S에 105kWh, 135kWh, 180kWh 등 총 3가지 용량의 배터리팩 선택지를 제공한다. R1T의 경우 배터리팩 용량별 1회 완충 시 최대 주행가능 거리는 105kWh는 약 370km, 135kWh는 약 483km, 180kWh는 약 644km이다. R1S는 105kWh는 약 386km, 135kWh는 약 499km, 180kWh 약 659km 이다.[13]
㈜엘지화학
㈜엘지화학(현 ㈜엘지에너지솔루션)이 미국의 전기자동차 스타트업인 루시드(Lucid)의 고급 전기차 모델, 루시드 에어(Lucid Air) 표준형 모델에 2020년 하반기부터 2023년까지 2170 배터리를 독점 공급한다. ㈜엘지화학은 장기간 노하우와 양산경험을 통해 고사양의 2170 배터리 개발 및 대량 생산체제 구축에 성공하며 루시드의 선택을 받았다. ㈜엘지화학은 원통형 배터리가 탑재된 잠재력에 주목하여 2018년 NCM811 원통형 배터리를 전기버스에 공급한 바 있다. 루시드에도 NCM811 기술이 적용된 2170 배터리를 공급할 예정이다. NCM811이란 배터리 핵심 원재료인 양극재의 성분이 니켈 80%, 코발트 10%, 망간 10%로 구성된 배터리를 말한다. 양극재 내에서 니켈 함량을 높이면 배터리 에너지 밀도를 극대화 할 수 있다. 그러나 니켈 성분 자체의 발열 등 안전성 문제가 발생할 수 있어 고도의 기술력이 뒷받침되어야 한다.[14]
각주
- ↑ 엄형준 기자, 〈전기차 배터리, 다시 뜨는 원통형〉, 《세계일보》, 2016-12-08
- ↑ 조재환 기자, 〈삼성SDI, 인터배터리서 원형 21700 배터리 공개〉, 《지디넷코리아》, 2017-09-27
- ↑ 이수환 기자, 〈원통형 배터리, 더 커진 '21700'으로 세대교체〉, 《디일렉》, 2020-05-22
- ↑ Battery LAB, 〈전지전능한 전지 이야기 – 원통형 배터리의 다크호스, 21700〉, 《엘지앤솔루션 공식 블로그》, 2022-06-09
- ↑ 권영석 기자, 〈삼성SDI, 인터배터리 전시회서 '21700 배터리' 공개〉, 《EBN산업경제》, 2017-09-27
- ↑ 김혜영 기자, 〈(BIZ&CEO)금양, 국내 세 번째로 2170 원통형 배터리 개발 성공〉, 《서울경제TV》, 2022-06-23
- ↑ 이수환 기자, 〈한물갔다고 여겨진 원통형 배터리의 부활〉, 《디일렉》, 2022-05-18
- ↑ Battery, 〈21700 배터리에 대해 알아야 할 모든 사항〉, 《티스토리》, 2021-09-12
- ↑ 아자아자, 〈(산업용어) 18650 배터리? 21700 배터리? 배터리의 숫자가 대체 무슨 의미지?〉, 《네이버 블로그》, 2017-07-12
- ↑ 최태인 기자, 〈"주도권 선점하나?" LG엔솔, 오창공장 생산 '4680 원통형 배터리' 테슬라에 공급〉, 《엠투데이》, 2022-06-14
- ↑ 뉴에너지 모빌리티, 〈테슬라의 4680 배터리는 2170 배터리보다 얼마나 더 뛰어날까〉, 《네이버 포스트》, 2020-10-19
- ↑ 최경헌 에디터, 〈테슬라,원통형 배터리 왜 고집할까..모델3에 21700 탑재〉, 《카가이》, 2020-08-10
- ↑ 정예린 기자, 〈삼성SDI, 리비안에 '2170 배터리' 납품…최대 660km 주행〉, 《더구루》, 2021-05-10
- ↑ 이상복 기자, 〈LG화학, 차세대 '21700 배터리'로 전기차 시장서 가속페달〉, 《이투뉴스》, 2020-02-25
참고자료
- 엄형준 기자, 〈전기차 배터리, 다시 뜨는 원통형〉, 《세계일보》, 2016-12-08
- 아자아자, 〈(산업용어) 18650 배터리? 21700 배터리? 배터리의 숫자가 대체 무슨 의미지?〉, 《네이버 블로그》, 2017-07-12
- 권영석 기자, 〈삼성SDI, 인터배터리 전시회서 '21700 배터리' 공개〉, 《EBN산업경제》, 2017-09-27
- 조재환 기자, 〈삼성SDI, 인터배터리서 원형 21700 배터리 공개〉, 《지디넷코리아》, 2017-09-27
- 이상복 기자, 〈LG화학, 차세대 '21700 배터리'로 전기차 시장서 가속페달〉, 《이투뉴스》, 2020-02-25
- 이수환 기자, 〈원통형 배터리, 더 커진 '21700'으로 세대교체〉, 《디일렉》, 2020-05-22
- 최경헌 에디터, 〈테슬라,원통형 배터리 왜 고집할까..모델3에 21700 탑재〉, 《카가이》, 2020-08-10
- Battery, 〈21700 배터리에 대해 알아야 할 모든 사항〉, 《티스토리》, 2021-09-12
- 뉴에너지 모빌리티, 〈테슬라의 4680 배터리는 2170 배터리보다 얼마나 더 뛰어날까〉, 《네이버 포스트》, 2020-10-19
- 정예린 기자, 〈삼성SDI, 리비안에 '2170 배터리' 납품…최대 660km 주행〉, 《더구루》, 2021-05-10
- 이수환 기자, 〈한물갔다고 여겨진 원통형 배터리의 부활〉, 《디일렉》, 2022-05-18
- Battery LAB, 〈전지전능한 전지 이야기 – 원통형 배터리의 다크호스, 21700〉, 《엘지앤솔루션 공식 블로그》, 2022-06-09
- 최태인 기자, 〈"주도권 선점하나?" LG엔솔, 오창공장 생산 '4680 원통형 배터리' 테슬라에 공급〉, 《엠투데이》, 2022-06-14
- 김혜영 기자, 〈(BIZ&CEO)금양, 국내 세 번째로 2170 원통형 배터리 개발 성공〉, 《서울경제TV》, 2022-06-23
같이 보기
