테슬라 '46파이' 신통치 않네…배터리사는 승승장구

배터리 내재화 진통…K배터리, 안정적 양산 속 수주 지속 확대

‘46파이(지름 46mm 원통형 배터리)’가 차세대 전기차 배터리로 주목받는 가운데 업계에서 가장 먼저 46파이 배터리를 제시했던 테슬라의 전면 채택은 다소 늦어지고 있다. 반면 배터리사들은 순조롭게 고객사를 늘려가는 모양새다.

22일 배터리 업계에 따르면 테슬라 전기차 배터리 협력사인 파나소닉은 최근 4680(지름 46mm 높이 80mm) 배터리 양산을 재차 연기했다. 고객사 주문이 이뤄지지 않고 있다는 이유다.

파나소닉은 일찍이 4680 배터리 양산 라인을 확보한 뒤 2024년 3월 양산을 계획했으나 이를 지난 3월 말로 연기한 바 있다. 여기서 또 양산이 지연된 것이다.

테슬라 4680 배터리셀

4680 배터리는 기존 2170(지름 21mm·길이 70mm) 원형 배터리 대비 에너지 밀도는 10%, 용량은 5배, 출력은 6배 높일 제품으로 고안됐다. 전기차 주행거리도 약 20% 늘릴 것으로 예상됐다. 원형 배터리 특성상 규격이 표준화돼 대량 생산 및 원가 절감도 유리할 것으로 기대됐다.

지난 2020년 4680 배터리를 제시한 테슬라는 픽업트럭 ‘사이버트럭’를 토대로 자체 개발한 4680 배터리를 전기차 탑재를 시작해 세미트럭, 유럽향 모델Y로도 탑재 범위를 확대됐다. 그러나 해당 모델 판매가 부진할 뿐 아니라, 배터리 성능과 원가경쟁력 개선을 위한 기술적 과제를 극복하지 못하면서 4680 배터리 전면 채택이 늦어지는 것으로 분석된다.

테슬라의 4680 배터리가 당초 예상한 성능에 미치지 못한 점도 현 상황을 초래한 원인으로 지목된다. 미국 캘리포니아주 샌디에고 대학에서 실시한 테스트 결과, 테슬라가 생산한 4680 배터리셀의 에너지 밀도가 kg당 244Wh로, 파나소닉이 생산한 2170 배터리셀의 kg당 269Wh보다 13% 떨어지는 것으로 나타났다. 이에 유럽향 모델Y은 LG에너지솔루션 배터리를 탑재한 모델Y보다 1회 충전 시 주행거리가 52km 가량 줄어드는 것으로도 분석됐다.

테슬라 모델Y

4680 배터리의 원가를 절감할 핵심 기술로 꼽혀온 건식 전극 공정의 경우, 올초 테슬라가 배터리 양·음극에 대한 기술 개발을 마쳐 셀 생산에 접목했다고 밝혔다. 다만 업계에선 테슬라가 해당 기술 개발에 수 년간 난항을 겪어온 만큼, 수율 등 기술 완성도를 향후 살펴봐야 한다는 의구심도 아직까지 적지 않다.

테슬라가 배터리 내재화에 진통을 겪는 반면, LG에너지솔루션, 삼성SDI 등 국내 배터리사들은 46파이 배터리 양산을 개시한 뒤 차세대 전기차 프로젝트들을 속속 수주 중이다.

LG에너지솔루션은 지난해 말 오창 공장에서 ‘46시리즈’ 중 4695 제품 양산을 개시했다. 올해 말부터는 미국 애리조나 공장에서 4680부터 46120까지 46시리즈 제품들을 양산할 예정이다. 유럽 수요를 고려한 폴란드 공장 내 라인 구축도 검토 중이다.

LG에너지솔루션은 리비안(67GWh), 체리자동차(8GWh), 메르세데스-벤츠(150GWh), BMW 등 46시리즈로 전기차 배터리 프로젝트를 수주했다.

LG에너지솔루션 46시리즈 제품

삼성SDI도 지난해 3월 4695 배터리 양산을 개시하고 마이크로모빌리티 고객사에 공급한다고 밝혔다. 지난해 12월에는 KGM과 46파이 기반 차세대 전기차 배터리팩을 공동 개발한다고 밝히기도 했다. 올해 상반기에는 유럽 전기차 OEM과 46파이 배터리 공급 계약을 체결했다고 밝혔다.

배터리사들은 46파이 배터리에 에너지 용량과 배터리 수명 및 안전 등을 강화하는 기술도 다수 도입했다.

LG에너지솔루션은 46시리즈 배터리에 셀 단위 ‘디렉셔널 벤팅’ 기술을 접목했다. 배터리 내부의 폭발 에너지를 외부로 빠르게 배출, 셀의 저항을 줄이면서 안전성과 연쇄 발화 방지 안전성을 확보할 수 있는 기술이다.

삼성SDI는 하이니켈 NCA 양극재로 에너지 용량에서 강점을 갖추고, 실리콘카본나노복합재(SCN) 음극재로 배터리가 부풀어 오르는 스웰링 현상을 줄이면서 배터리 수명을 늘렸다.

양사는 46파이 배터리에 탭리스 구조를 적용, 고출력 및 급속 충전 성능을 강화했다.

배터리 업계 관계자는 “원통형 배터리는 모양 특성상 공간 활용이 떨어지고 무게 부담이 있어 비주류로 분류됐으나, 최근 셀투팩(CTP) 기술 발전으로 이 같은 구조적 한계가 빠르게 해소되고 있다”며 “열 관리, 안전성 측면에서도 성능이 우수해 전기차 OEM들이 관심을 갖고 채택을 적극 검토, 확대하고 있다”고 분석했다.