(전기차, 2차전지 산업 이해) 배터리 셀 구조와 종류

 

삼프로TV '업종 기초교육과 실전 투자 전략' 2차전지 기초'를 듣고 요약한 내용입니다.(아래 링크 참고)

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2차 전지란 방전 후에도 '다시 충전해 반복 사용이 가능한 배터리'를 의미합니다. 한 번 사용하면 재사용이 불가능한 1차 전지인 건전지, 알칼리 전지와 달리 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지가 2차 전지입니다. 2차 전지 내부를 보면 '양극재, 음극재, 전해질, 분리막, 용기'로 구성되며, 양극재와 음극재 사이의 전해질을 통해 리튬 이온이 이동하는 전기적 흐름에 의해 전기가 발생하는 구조입니다. 리튬이온전지(LiB)가 가장 대표적인 2차 전지라고 할 수 있습니다.

 

'방전'이라는 말과 '충전'이라는 말을 자주 사용합니다. 이 글을 포스팅하는 이 순간에도 저는 제 휴대폰을 충전하고 있습니다. 우리가 일상 속에서 주로 사용하는 '방전'된다는 말은 음극 안의 리튬이온이 전해액의 도움을 받아 분리막을 통과하여 양극으로 이동하는 과정이며, 음극 안의 리튬이온 전체가 양극으로 이동했을 경우 방전되었다고 합니다. 그리고 '충전'한다는 말은 양극 안의 리튬이온이 전해액의 도움을 받아 분리막을 통과하여 음극으로 이동하는 과정이며, 리튬이온 전체가 음극으로 이동했을 경우 충전되었다고 합니다. 이걸 그림으로 표현하면 이렇게 됩니다.

출처 : 포스코뉴스룸(https://newsroom.posco.com/ 2차전지, 들어는 봤는데 아직 잘 모르겠다면?)

 

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1. 배터리 셀 내부 구조

리튬이온 배터리 내부를 보면 <양극재 + 음극재 + 전해액 + 분리막>으로 구성되어 있습니다. 그림을 보면 이해가 쉽습니다. 

 

출처 : 삼성SDI블로그(https://www.samsungsdi.co.kr/column/all/detail/55269.html)

 

2. 형태에 따른 2차전지(차량용 배터리) 종류

다음으로 형태에 따른 2차전지 종류입니다. 보통 차량용 배터리에 가장 많이 들어가는 만큼 차량용 배터리 기준으로 살펴보겠습니다. 

출처 : 머니투데이(자료 : 업계, 그래픽 : 유정수 디자이너)

 

가장 먼저 각형 배터리입니다. 삼성 SDI의 주력제품이며 사각형 알루미늄 캔에 배터리를 담는 형태입니다. 내구성이 뛰어나고 생산비용이 상대적으로 저렴하여 원가 절감폭이 큰 편이고, 무겁기 때문에 안전성을 중시하는 유럽 자동차 업체에서 선호하는 편입니다.(단 BMW는 각형 배터리를 고집하는 편입니다.) 하지만 열 방출이 어려워 고가의 냉각방식을 적용해야 하는 단점이 있습니다.

 

다음으로 파우치형 배터리입니다. LG화학과 SK이노베이션의 주력제품이며 알루미늄 호일에 배터리 구성물들이 싸인 형태입니다. 각형에 비해 비싸지만 두께가 얇아 부피면적당 효율이 높은 편이고, 높은 설계 자유도를 가지고 있어(직사각형 모양을 따를 필요 없음) 가공이 쉽고 형태 다양화가 가능하기 때문에 전기차 업체들의 요구사항에 대응에 유연하게 대처할 수 있습니다. 무게가 가볍고 에너지를 안정적으로 장시간 동안 낼 수 있으나 생산 비용이 높다는 단점이 있습니다.

 

마지막으로 원통형 배터리입니다. 가격의 이점 때문에 테슬라가 주로 사용하고 있습니다.(테슬라는 보통 원통을 사용하지만 최근 각형도 도입했다고 하네요.) 가격 경쟁력이 높고 수급 문제가 없다는 장점이 있으나, 다른 형태의 배터리에 비해 '배터리 성능 저하의 가능성'이라는 단점이 있다고 합니다.