세계는 지금 넷제로(Net-zero)를 필두로 환경의 중요성에 주목하고 있다. 모빌리티 시장 또한 전기차 중심으로 재편되고 있으며, 이로 인해 전기차의 심장인 전기차 배터리 수요도 급성장 중이다.

SK이노베이션은 6월 국내 최대 규모의 2차전지 산업 전문 전시회인 ‘인터배터리(InterBattery) 2021’에 참가해 시장을 선도하는 차별화된 배터리 기술력을 선보인 바 있다.

이 행사에서 SK이노베이션 부스는 SK이노베이션의 전기차 배터리 기술력에 관심을 가진 많은 관람객들로 문전성시를 이루었다. 현재까지 전기차 약 250만 대에 탑재 가능한 배터리를 납품하는 동안 단 한 건의 화재도 발생하지 않는 등 독보적인 안전성을 자랑하는 SK이노베이션 배터리. 관람객들이 눈을 사로잡은 SK이노베이션 배터리의 빛나는 기술력은 어떤 모습일까? 지금부터 SK이노베이션 배터리 기술력을 소개한다.

| 파우치형 배터리를 생산하는 SK이노베이션

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.

SK이노베이션은 이 중 ‘파우치형 배터리’를 생산하고 있는데, 파우치형 배터리는 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.

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

| ‘Z 폴딩’ 기법의 정의 및 기존 배터리 제조 방식과의 차이점

SK이노베이션은 배터리 내부의 분리막을 쌓을 때, ‘Z 폴딩’ 기법을 사용한다. Z폴딩 기법이란 분리막을 지그재그 방식으로 쌓아 배터리 셀 스트레스를 최소화하고 균일하게 적층하여, 화재를 유발할 수 있는 양극과 음극의 접촉 가능성을 근본적으로 차단하는 기술이다.

이와 다른 배터리 제조방식은 색종이처럼 낱장으로 된 배터리 구성 요소를 양극-분리막-음극-분리막 순서로 반복해 수십 장을 쌓거나 둘둘말아 파우치 필름(케이스)으로 밀봉하는 형태다. 이 과정에서 중요한 것은 양극, 분리막, 음극 모서리 끝 부분이 들쭉날쭉하지 않도록 정교해야 한다는 점이다.

반면에 SK이노베이션이 사용하는 ‘Z 폴딩’ 기법은 분리막을 자르지 않고 길게 뽑아내, 양극과 음극을 한 번에 감싸는 방식이다. 조금 더 쉽게 설명하자면, 두루마리 휴지(분리막)를 끊지 않고 길게 뽑아 휴지 위에 빨간 색종이(양극)를 얹고 색종이를 감싸는 형태로 휴지를 오른쪽에서 왼쪽으로 덮는 모양과 같다. 그 위에 파란 색종이(음극)를 얹고 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 다시 감싸는 과정을 지그재그(Z모양)로 반복하는 것이다.

| ‘Z 폴딩’ 기법의 장점

Z폴딩 기법을 사용하게 되면 분리막이 양극과 음극 사이를 지그재그로 오가며 완전히 포개는 형태로 감싸게 돼 양극, 음극이 완벽히 분리된다. 이로 인해 테두리(모서리) 부분에서 양극과 음극이 접촉될 수 있는 가능성을 원천적으로 줄일 수 있다. 또한, 차량의 속력이 빨라질 경우엔 배터리 구성 요소의 정렬이 틀어질 수 있는데 ‘Z 폴딩’ 기법은 이러한 문제가 발생하지 않아 안전성을 더욱 높일 수 있다.

고속 생산 체계에서도 분리막을 포개는 형태로 제작하다 보니 정밀하게 제작할 수 있어 더 높은 안전성을 확보할 수 있으며, 배터리 공정 생산 속도가 빨라졌음에도 불구하고 문제가 발생하고 있지 않다.

| SK이노베이션 배터리의 현재와 미래

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.

SK이노베이션의 친환경 성장 주역인 배터리 사업은 2019년 이후 본격적인 성장세를 보이며 매 분기 매출 신기록을 달성해왔다. 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 중국 창저우 공장과 헝가리에 연간 생산능력 7.5GWh의 제1공장, 9.8GWh 규모의 제2공장을 짓고 있으며, 올해 초에는 31GWh 규모의 제3, 4공장을 추가 건설하기로 결정한 바 있다. 더불어, 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.

이처럼 SK이노베이션은 독보적인 배터리 품질 및 기술력을 바탕으로 눈부신 성장세를 이어가고 있으며, 국내를 넘어 전 세계의 전기차에 폭넓게 적용되는 등 글로벌 기업과의 강력한 파트너십을 통해 배터리 기술력을 인정받고 있음을 알 수 있다. 또한, SK이노베이션은 안전성, 급속충전, 장거리 주행 성능 등 혁신 기술을 지속 개발해 글로벌 배터리 시장을 선도하는 Top티어로서의 자리를 더욱 확고히 할 것으로 기대한다.