배터리 공급사를 통해 본 Tesla의 배터리 전략

작성자
koev02031
작성일
2020-08-03 16:21
조회
9
2020년 7월 업계에 따르면 CATL이 이번 달부터 중국산 Tesla Model 3에 전지를 공급하기 시작했다고 한다. 그동안 중국 내 Model 3의 전지는 90%의 물량을 LG화학이 공급하면서 전기자동차용 전지 시장 점유율 1위를 달성하기도 했다. 참고로 2020년 상반기에 중국 내 Model 3 판매량은 49,786대다. LG화학이 44,798대 분량의 전지를 공급했고, 나머지 4,988대는 Panasonic이 공급했다.



18650 vs. 21700

LG화학은 21700(지름 21mm, 높이 70mm) 원통형 전지를 Tesla에 공급하고 있다. 양극에는 NCM을 사용했다. Panasonic의 18650(지름 18mm, 높이 65mm) 원통형 전지에는 고용량, 고출력의 NCA 양극을 사용했지만, 전지의 크기가 커지면서 용량이 3.2Ah에서 5Ah로 증가하자 안전성이 문제가 되어 NCA 대신에 NCM 양극을 사용한 것이다.



작은 원통형 vs. 중대형 각형

CATL은 LFP 양극을 사용한 중대형 각형 전지를 Tesla에 공급한다. 작은 원통형 전지만 사용하던 Tesla가 중대형 전지를 처음 적용했다는 점에서 역사적인 의미가 크다. Tesla가 중대형 각형 전지를 사용하기 시작하면 각형 전지와 파우치 전지의 경쟁은 더욱더 각형 전지 쪽으로 저울 추가 기울이질 것으로 보인다.

LG화학은 그동안 거의 독점하던 중국산 Tesla Model 3에서 CATL의 LFP 중대형 각형 전지와 경쟁해야 한다. 다음 달부터 Model 3의 롱 레인지용(34만위안)은 LG화학이, 스탠다드용(27만위안)은 CATL이 전지를 공급할 예정이다. 중국 정부는 2020년부터 30만위안 이하의 BEV(Battery EV)에만 정부 보조금을 지급하기로 했다. 그렇게 되면 LG화학이 전지를 공급하는 Tesla Model 3 롱 레인지용은 정부 보조금을 받을 수 없게 되어, LG화학의 입지가 더욱 좁아질 수 있다.

또 하나 의미있는 변화는 배터리 팩 설계이다. 배터리 팩에는 Cell에서 Pack을 직접 만드는 CTP(Cell to Pack) 설계와 Cell에서 Module을 만들고, Module을 연결하여 배터리 팩을 만드는 Modular design이 있다. 전기자동차 산업 초기에는 전지 회사가 배터리 팩을 공급했다. 이때에는 CTP 설계를 사용했다. 설계가 간단하여 원가를 절감할 수 있기 때문이다. 시간이 흐르면서 자동차 회사와 자동차 부품 회사가 배터리 팩 기술을 확보하게 되자 전지 회사에서 Cell을 공급받아 배터리 팩을 만들게 된다. 이때 적용한 배터리 팩 설계가 Module design이다.

CTP 설계는 전지와 전지 사이에 공기 채널(Air Channel)을 넣는다. 배터리 팩의 온도가 섭씨 50도가 넘으면 냉각 팬이 돌면서 전지를 냉각시킨다. Modular design은 대부분 액체로 냉각을 하기 때문에 제조 비용이 올라간다. 만약에 CTP 설계에 대한 시장 반응이 좋으면, 전지 회사들은 자동차 회사에 빼앗겼던 배터리 팩 사업을 다시 가져올 수도 있을 것이다.



LFP 각형 vs. NCM 각형

Tesla는 전기자동차 사업을 시작할 당시 각형 전지의 완성도가 올라갈 때까지 잠정적으로 소형 원통형 전지를 사용한다는 계획을 세웠다. 그리고 2020년 LFP 각형 전지를 자동차에 채용하기에 이르렀다. 다음 단계는 NCM 각형 전지를 적용할 것으로 예상된다. 이미 Panasonic, 삼성SDI, CATL이 이 시장을 노리고 있다.

Tesla가 중대형 각형 전지에 LFP 양극을 사용한 것은 NCM 전지의 안전성에 대한 불안감 때문인 것으로 보인다. LFP는 중국에서 안전성이 검증됐다. 2003년 일본의 Top 3인 Sony, Sanyo, Panasonic이 NCA, NCM 양극 소재의 양산 기술 개발에 성공한다. 일본은 한국에는 NCA, NCM을 판매했지만, 중국에는 판매하지 않았다. 중국의 낮은 기술로 보아 발화 사고를 낼 것이 뻔했기 때문이다. 중국은 LCO와 LFP로 전지를 만들 수밖에 없었다. LCO 전지를 사용한 전기버스는 수시로 발화, 폭발 사고를 일으켰다. 그러나 LFP 전지는 중국의 세련되지 않은 기술로 만들어도 발화 사고를 일으키지 않았다.

LCO, NCA, NCM 양극은 층상 구조로 되어 있다. 층상 구조는 열역학적으로 안정된 구조가 아니다 과충전이 되면 산소를 방출하면서 안정된 구조인 입방 구조(Cubic Structure)로 돌아가려는 성질이 강하다. 그래서 안전성이 좋지 않은 것이다. LMO(LiMn2O4)와 LFP(LiFePO4)는 입방구조로 되어 있다. LMO는 Spinel 구조, LFP는 Olivine 구조이다. 입방 구조가 산소 원자가 도망가지 못하게 잡고 있으므로 안전성이 우수하다. LFP는 Olivine 구조 내에 PO4가 사면체 구조를 형성하면서 이중으로 산소를 잡고 있으므로 LMO보다 안전성이 더 우수하다.



각형 전지 경쟁의 승자는 누가 될 것인가?

삼성SDI와 CATL은 각형 전지 전문 업체이며, 일본 기술의 영향을 많이 받은 업체이다. 어떻게 보면 쌍둥이와 같은 회사라고 할 수 있다. 이 두 회사 중에서 어떤 회사가 더 우수한 회사인지 많은 사람들이 관심을 갖고 있다. 2016년 8~10월에 있었던 Galaxy Note 7 발화 사고를 보면 삼성SDI의 파우치 전지가 CATL의 모기업인 ATL의 파우치 전지보다 더 심하게 발화 사고를 일으켰다. 삼성SDI의 파우치 전지는 LG화학 인력으로부터 배운 파우치 전지 기술을 어설프게 모방한 것이고, ATL은 파우치 전지가 주력 전지인 막강한 파우치 전지 회사이다. 그렇기 때문에 삼성SDI가 CATL(ATL)보다 우수하다고는 말할 수 없다. 그러나 이제는 삼성SDI가 CATL보다 우수하다는 것을 BMW 시장이나 향후 Tesla 시장에서 보여주어야 할 것이다. 많은 사람들이 두 회사의 행보를 관심 있게 지켜보고 있다.
전체 0

전체 142
번호 제목 작성자 작성일 추천 조회
142
우버, 2030년까지 전기 자동차로 전환
koev02031 | 2020.09.21 | 추천 0 | 조회 2
koev02031 2020.09.21 0 2
141
중국, 8월 EV 충전 인프라 현황
koev02031 | 2020.09.14 | 추천 0 | 조회 7
koev02031 2020.09.14 0 7
140
전기차 발화 사고, 전지업체의 책임있는 대응 필요
koev02031 | 2020.09.14 | 추천 0 | 조회 6
koev02031 2020.09.14 0 6
139
전기버스 산업을 리드하는 중국이 주는 교훈
koev02031 | 2020.09.10 | 추천 0 | 조회 13
koev02031 2020.09.10 0 13
138
SK innovation의 전지사업에 대한 제언
koev02031 | 2020.09.10 | 추천 0 | 조회 8
koev02031 2020.09.10 0 8
137
Uber, 2040년까지 전 세계 모든 차량을 EV로 전환 방침
koev02031 | 2020.09.10 | 추천 0 | 조회 14
koev02031 2020.09.10 0 14
136
전지사업 분사를 계획하는 LG화학이 갖추어야 할 것
koev02031 | 2020.09.08 | 추천 0 | 조회 10
koev02031 2020.09.08 0 10
135
배터리 스타트업 Anzode, 차세대 무리튬 배터리 개발
koev02031 | 2020.09.07 | 추천 0 | 조회 7
koev02031 2020.09.07 0 7
134
삼성SDI, 차세대 EV용 배터리에 신공법 선별 적용 방침
koev02031 | 2020.09.07 | 추천 0 | 조회 4
koev02031 2020.09.07 0 4
133
전지사업 분사를 계획하는 LG화학이 갖추어야 할 것
koev02031 | 2020.09.07 | 추천 0 | 조회 5
koev02031 2020.09.07 0 5