전기차 배터리, 4680보다 4695 인기...왜?

에너지 용량에서 이점…BMW·리비안 등 채택

전기차 제조사들이 차세대 모델에 탑재할 배터리로 지름 46mm 원통형(46파이) 배터리 개발에 나선 가운데 4695(높이 95mm) 배터리를 채택하는 사례가 늘고 있어 향후 제품 개발 방향이 예의주시된다.

16일 업계에 따르면 테슬라는 자체 차량에 4680(높이 80mm) 배터리 탑재를 추진하는 반면 BMW와 리비안 등 기업들은 4695 배터리를 도입할 계획이다.

46파이 배터리는 지난 2020년 테슬라가 4680 배터리 상용화 계획을 처음 발표하면서 주목을 받기 시작했다. 4680 배터리는 기존 원통형 배터리 제품인 2170(지름 21mm, 길이 70mm) 대비 에너지 밀도를 10% 이상 높이고 에너지 용량을 5배, 출력은 6배 향상된 제품으로 기획됐다. 원통형 배터리 특성상 규격이 표준화돼 있고 생산성이 좋아 원가 절감 효과도 기대할 수 있다는 평가도 받는다.

그동안 전기차 성능 혁신이 배터리 조성 변화에 따라 이뤄졌으나 이 방식이 한계에 봉착했다는 분석이 나온다. 이런 상황에서 46파이라는 새 폼팩터를 통해 성능 대비 더 저렴한 전기차가 등장할 수 있다는 기대감이 있다.

테슬라 4680 배터리셀

테슬라에 배터리를 납품하는 LG에너지솔루션, 파나소닉은 일찍이 4680 배터리 양산 준비에 나섰다. 양사는 지난해 하반기 이후 4680 배터리 양산 준비를 마친 것으로 알려졌다. 현재는 시범 양산 단계로 제한적 수량을 공급하고 있다.

테슬라가 4680 배터리를 발표한 뒤 세계 최대 배터리 기업인 CATL과 EVE에너지, BAK, 에스볼트 등이 관련 연구개발에 착수한다고 밝혔다. BMW와 리비안 등 전기차 제조사들도 4680 배터리에 관심을 보였다. 그러나 현재 발표된 사업 계획을 보면 이후 진척이 없거나, 4695 배터리로 선회한 사례들이 나왔다.

BMW는 지난해 12월 중국 공장에서 4695와 46120(높이 120mm) 배터리 생산을 시작한 것으로 알려졌다. 새로운 배터리를 탑재한 신차를 올해 공개한 뒤 내년 양산한다는 방침이다. 노이어 클라쎄 전기차 모델이 탑재 대상이 될 것으로 점쳐지고 있다.

BMW 배터리 협력사인 EVE에너지는 4695 배터리 양산 경쟁에서 앞서나가는 상황이다. 업계에 따르면, 마찬가지로 BMW와 협력 관계인 삼성SDI도 4695 배터리 수요에 대응하기 위해 헝가리 공장 증설을 준비 중이다. 삼성SDI는 최근 추진 중인 유상증자 투자설명서에서 헝가리 공장 투자 금액을 4천694억원으로 명시했다. 다만 여기서는 각형 배터리, LFP 배터리를 기재했다.

삼성SDI 46파이 배터리

삼성SDI는 지난달 말 천안 공장에서 4695 배터리셀 양산을 시작했다고 밝히기도 했다. 마이크로모빌리티에 탑재되는데 이후 전기차 시장에서도 성과를 낼 것으로 기대했다.

리비안도 지난해 11월 LG에너지솔루션과 4695 배터리 납품 계약을 체결하고, 전기 SUV R2에 탑재할 예정이라고 밝혔다. 4695 배터리가 생산될 애리조나 공장은 내년 본격 가동될 전망이다.

같은 달 LG에너지솔루션은 메르세데스-벤츠와도 전기차 배터리 공급 계약을 체결했다. 이 또한 46파이 배터리로 추정된다. 제품 세부 규격은 알려지지 않았다.

LG에너지솔루션 46시리즈 배터리

4680과 4695 간 핵심적 차이는 에너지 용량이다. 4680 배터리는 2만6천mAh, 4695 배터리는 3만mAh 수준 용량을 지원한다. 그 외 측면에선 차이점이 두드러지지 않는다. 전기차 OEM들이 주행거리와 밀접한 에너지 용량에 주목해 4695를 우선 접목하는 것일 수 있다는 분석이 나왔다.

배터리 업계 관계자는 “배터리 극판을 어디서 자르느냐의 차이가 있고, 이후 공정은 거의 동일하다고 보면 된다”며 “전기차 OEM별 취급하는 배터리팩 높이에 따라 채택하는 제품이 달라지는 것으로 보인다”고 봤다.

이정두 한국산업기술기획평가원 배터리 PD는 “46파이 배터리의 높이를 조절하면서 에너지 용량을 조절하는 방향으로 설계한 것으로 보고 있다”며 “배터리가 담길 세로 공간을 조금만 더 키우면 에너지 용량을 상당히 늘릴 수 있으니 상대적으로 가격 경쟁력을 갖출 수 있는 것”이라고 평가했다.

4680 배터리 생태계 확산이 다소 지연되는 것은 선도 기업인 테슬라가 건식 전극 공정에 계속 도전하고 있기 때문이기도 하다. 건식 전극 공정은 습식 공정 대비 건조 작업을 생략하고, 공정도 간소화해 원가 절감 효과를 기대할 수 있다. 테슬라는 자체 생산하는 4680 배터리에 건식 전극 공정 도입을 추진 중이지만, 수율 확보에 난항을 겪어온 것으로 알려졌다. 이에 당초 계획보다 배터리 양산이 지연되고 있다.

최근 테슬라는 올해 건식 전극 공정을 본격 도입할 계획이라고 밝혔다. 도입에 성공한다면 저렴한 4680 배터리로 가격 경쟁력을 갖춘 전기차를 선보일 전망이다.