넷제로(Net-zero)를 필두로 환경의 중요성이 대두되면서 글로벌 모빌리티 시장이 전기차 중심으로 재편되고 있다. 이로 인해 전기차의 심장인 전기차 배터리 수요도 급성장 중이다.

전기차 배터리는 전기차의 속도 및 운행 거리를 결정하는 핵심 역할을 하며 양극재, 음극재, 분리막, 전해액(전해질) 등으로 구성돼 있다. 이러한 구성 요소를 담는 형태에 따라 전기차 배터리는 각형, 원통형, 파우치형으로 나뉘며, 각기 다른 특성을 가지고 있다. 전기차의 심장인 전기차 배터리의 형태와 특성에 대해 알아보자.

| 전기차의 심장, 배터리의 형태와 특성

납작하고 각진 상자 모양의 ‘각형 배터리’는 알루미늄 캔으로 둘러싸여 있기 때문에 외부 충격에 강해 내구성이 뛰어나고 안전하다.

그러나 에너지 밀도가 상대적으로 낮다. 일반적으로 양극재와 음극재, 분리막 등 전기차 배터리 요소를 쌓은 뒤 돌돌 말아 만든 ‘젤리롤’을 알루미늄 캔에 넣고 전해액을 주입해 만드는데, 케이스는 사각이지만 젤리롤은 모서리 부분이 원형이어서 내부 공간 활용 측면에서 불리하다. 또한 알루미늄 캔을 사용해 무겁고 제조 공정도 상대적으로 복잡하다는 단점도 있다.

‘원통형 배터리’는 일상생활에서 흔히 사용하는 건전지와 비슷한 금속 원기둥 모양을 갖추고 있으며, 외관이 견고하다. 가장 전통적인 형태로 사이즈가 규격화돼 있어 생산 비용이 저렴하다. 안정적인 수급이 가능한 점도 장점이다.

그러나 부피당 에너지 밀도가 높은 반면, 다른 형태에 비해 용량이 상대적으로 작아 원통형 배터리를 전기차에 장착하기 위해선 여러 개의 배터리를 하나로 묶어야 한다. 즉, 원통형 배터리의 개별 가격은 저렴하더라도 전기차 배터리로 만들기 위한 배터리 시스템 구축 비용이 많이 든다.

‘파우치형 배터리’는 주머니와 비슷한 형태로, 필름 주머니에 배터리를 담았다고 생각하면 된다. 가장 큰 장점은 에너지 밀도가 높아 주행거리가 길다는 점이다. 각형, 원통형 배터리와 달리 Winding 형태의 젤리롤을 사용하지 않고 소재를 층층이 쌓아 올려 내부 공간을 빈틈없이 꽉 채울 수 있으며, 이로 인해 배터리 내부 공간 효율이 개선되면서 에너지 용량도 커졌다. 외관이 단단하지 않아 다양한 사이즈와 모양으로 제작 가능하고, 구부리거나 접을 수도 있어 활용도가 높다. 이 같은 장점으로 전기차 업체가 요구하는 다양한 형태의 배터리를 만들 수 있으며 무게 또한 상대적으로 가볍다.

단점은 각형이나 원통형에 비해 케이스가 단단하지 않아서 모듈이나 팩으로 만들 때 이를 커버할 수 있는 기술이 필요하다.

| 점유율 급상승 중인 파우치형 전기차 배터리

지난 3월, 시장조사업체 SNE리서치의 발표에 따르면 2020년 전 세계 전기차 배터리 사용량은 전년 대비 22% 증가한 144GWh를 기록했으며, 이 가운데 파우치형 배터리는 탑재량이 2배 넘게 증가한 40Gwh(점유율 27.8%)를 차지하는 등 점유율이 급상승하고 있다. 이는 SK이노베이션 등 파우치형 배터리의 주요 공급사가 유럽·북미 배터리 시장 진출을 확대하면서 해당 지역에서 탑재량이 급증했기 때문이다.

반면 각형, 원통형 배터리의 점유율은 2019년 대비 하락했으며, 특히 원통형 배터리 탑재량은 파우치형 배터리에 밀려 점유율 2위 자리를 내줬다.

▲ 2018~2020년 전기차 배터리 유형별 탑재량 및 비중

| 세계를 향해 전진하는 SK이노베이션 전기차 배터리

SK이노베이션의 친환경 성장 주역인 배터리 사업은 2019년 이후 본격적인 성장세를 보이며 매 분기 매출 신기록을 달성하고 있다. 지난 5월, SK이노베이션의 2021년 1분기 실적발표에 의하면 배터리 사업은 판매물량 증가로 매출액 5,263억 원을 기록해 전년 동기 매출액(2,888억 원) 보다 약 80% 늘었다.

SK이노베이션은 2020년 양산에 돌입한 헝가리 제1 공장과 중국 창저우 공장 외에도 헝가리에 유럽 제2 공장 및 미국 조지아州에 제1, 2공장 건설을 진행 중이며, 올해 1분기에는 중국 옌청과 혜주 공장이 양산을 시작해 향후 본격적인 판매 증가로 큰 폭의 실적 개선이 예상된다.

또한 SK이노베이션은 올해 5월, 포드社와 전기차 배터리 생산을 위한 합작법인(Joint Venture, JV)인 ‘블루오벌에스케이(BlueOvalSK)’를 설립하기로 하고, 양해각서(MOU)를 체결했다. 양사는 합작법인을 통해 2020년대 중반부터 미국에서 연간 약 60GWh 규모의 전기차 배터리 셀, 모듈 등을 생산하기로 결정했으며, 이후 생산 확대 여부에 대해서는 추가 검토하기로 했다. ‘블루오벌에스케이’는 연산 60GWh의 규모의 배터리를 생산하기 위해 총 약 6조 원 규모를 투자할 계획이다.

SK이노베이션은 당초 2023년에는 85GWh, 2025년에는 125GWh 이상의 생산능력을 확보한다는 목표를 수립했지만, 업계에선 포드社와의 합작으로 2025년 이후 SK이노베이션이 190GWh에 달하는 생산능력을 갖출 것으로 전망하고 있다.