국내 대표 배터리 전시회인 '인터배터리 2024'에서 삼성, LG, SK 등이 차세대 배터리 기술력을 뽐낸다. 특히 올해는 '파우치형 셀투팩', '어드밴스드 슈퍼패스트', '전고체 배터리' 등 중국과의 기술격차를 벌릴 수 있는 다양한 기술이 공개된다. 

5일 업계에 따르면 LG에너지솔루션은 6일부터 8일까지 서울 강남구 코엑스에서 열리는 국내 최대 규모 2차전지 산업 전시회 ‘인터배터리 2024’에 참가, 파우치형 셀투팩(CTP) 기술을 공개한다. 실제와 유사한 크기로 제작된 자동차 모형에 셀투팩 적용 배터리를 장착했다. 셀투팩 기술은 기존 배터리 구성에서 모듈 단계를 제거, 팩에 직접 셀을 조립해 에너지 밀도를 높이고 배터리 무게와 비용을 절감한 것이 특징이다.

특히 LG에너지솔루션이 개발한 파우치형 셀투팩은 파우치 셀의 가벼운 무게 특성을 가져가면서도 팩 강성을 높이고 검증된 열 전이 방지 기술을 적용해 안정성을 강화했다고 강조했다. 팩을 구성하는 부품을 줄이고 공정을 단순화해 제조 원가를 절감했다.

미드니켈 파우치 셀, 리튬인산철(LFP) 에너지저장장치(ESS) 셀 신제품, 배터리관리종합솔루션(BMTS) 기술과 LG에너지솔루션의 원통형 셀, 모듈, 팩 등이 장착된 이스즈 전기차(EV) '엘프'도 전시된다. 미드니켈 파우치셀은 고전압 구동이 가능해 효율성과 가격 경쟁력을 모두 갖춘 제품으로 노트북 등 IT 기기에 주로 사용된다. 

BMTS는 기존 배터리관리시스템(BMS)을 더욱 고도화한 개념으로 배터리별 특화된 안전 진단 및 상태 추정 소프트웨어, 클라우드 서비스, 소프트웨어정의자동차(SDV)에 적합한 솔루션까지 배터리 전 생애주기 관리 서비스를 제공한다. 엘프 EV는 셀, 모듈, 팩은 물론 BMS까지 LG에너지솔루션의 제품이 적용된 차량으로 LG에너지솔루션의 원통형 팩 및 BMS 기술이 모두 적용된 최초의 모델이기도 하다.

SK온은 인터배터리 2024’에서 '어드밴스드 SF 배터리'를 공개한다. SF 배터리는 SK온이 지난 2021년 처음 공개한 하이니켈 배터리로 18분 만에 셀 용량의 10%에서 80%까지 충전할 수 있다. 어드밴스드 SF 배터리는 이보다 에너지 밀도는 9% 높이면서 급속 충전 시간은 유지했다.

SK온은 특수 코팅공법을 통해 음극 저항을 획기적으로 낮추고, 음극 정렬 공법을 적용해 리튬이온 이동 경로를 단축했다. 여기에 배터리 충전 속도를 최대화할 수 있는 분석 기술로 최적화된 급속 충전 프로토콜까지 구현해 어드밴스드 SF 배터리를 개발했다.

SK온은 급속충전 시간을 18분에서 15분으로 단축한 'SF+ 배터리'도 선보인다. SK온의 이중 레이어 구조에 고용량 실리콘과 저저항 흑연을 배치해 리튬이온 이동 거리를 줄이고, 이동 속도는 높였다. 고용량인 실리콘은 이동 거리를, 저항이 작은 흑연은 이동 속도를 각각 개선한다.

저온 성능을 개선한 ‘윈터 프로’ LFP 배터리도 공개된다. 일반적으로 LFP 배터리는 저온(-20℃)에서 주행 거리가 50~70%로 급감한다. 반면 윈터 프로 LFP 배터리는 에너지 밀도를 19% 높이고도 저온에서 충전 용량과 방전 용량을 기존 LFP 배터리 대비 각각 약 16%, 10% 늘렸다.

ESS도 처음 선보인다. SK온은 ESS 모듈을 직·병렬로 이은 차세대 DC블록을 10분의 1 크기 모형으로 공개한다. 출력, 충전량, 고장 여부 등 개별 셀 및 모듈의 상태를 실시간 확인할 수 있다. 이 코너에서는 북미 ESS 화재안전 인증을 받은 열 확산 방지 솔루션, 셀 간 온도차를 최소화하고 충∙방전 효율을 높인 수냉 방식 등 SK온의 ESS 화재 안전 기술도 함께 소개한다.

삼성SDI는 이번 전시회에서 현재 양산 중인 각형 배터리(P5)와 비교해 약 40%가량 향상된 에너지 밀도 900Wh/L의 전고체 배터리 개발·양산 준비 계획을 밝힐 계획이다. 삼성SDI는 독자 조성한 고체 전해질 소재 개선과 혁신적인 무음극 기술을 통해 음극의 부피를 줄여 양극재를 추가함으로써 업계 최고의 에너지 밀도를 달성하겠다는 계획이다.

삼성SDI는 지난해 말 신설된  ASB사업화추진팀을 중심으로  SDI연구소 S라인(파일럿 라인)에서 샘플을 생산하는 등 전고체 배터리 사업화를 본격화하고 있다. 2027년 전고체 배터리 상용화가 목표다. 이번 전시에서는 업계 최초로 9분 만에 8%에서 80%까지 셀 충전이 가능한 초급속 충전 기술을 발표한다.

삼성SDI는 리튬이온의 이동경로를 최적화하고 저항을 감소시켜 9분 만에 80%까지 충전이 가능한 초급속 충전 기술을 개발 중이며 2026년 양산이 목표다. 20년간 사용 가능한 장수명 배터리의 2029년 양산 계획도 공개한다. 삼성SDI는 소재의 내구성을 강화해 배터리 수명을 현재 수준에서 2배 이상 늘릴 계획이다.

배터리 단자를 위에서 옆으로 옮겨 에너지 효율과 쿨링 시스템을 강화한 새로운 폼팩터의 각형 배터리와 모듈이 없는 CTP 기술도 공개한다. CTP는 부품 개수를 35% 이상 줄이고, 무게도 20% 줄인 기술로, 동일한 부피에서 고에너지 밀도와 혁신적인 비용 절감이 가능하다.

또 삼성SDI는 고열과 가스를 벤트(배출구)로 빠르게 배출해 배터리 간의 열 전파를 최소화시키는 열확산 방지 기술, 하이니켈 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 46파이와 미드니켈 NMX(코발트프리),  LFP(리튬인산철) 등 다양한 소재의 배터리 라인업도 선보인다.

/지피코리아 김기홍 기자 gpkorea@gpkorea.com, 사진=인터배터리