삼성SDI LFP 각형 배터리 셀.

[디지털데일리 배태용 기자] 글로벌 전기차 시장에서 파우치형 배터리의 선호도가 감소하면서, 각형과 원통형 배터리가 새로운 양대 축으로 떠오르고 있다. 이에 발맞춰 국내 배터리 3사(LG에너지솔루션⋅삼성SDI⋅SK온)는 기존에 주력하지 않았던 폼팩터 개발에 나섰다.

LG에너지솔루션은 주력했던 파우치⋅원통형에서 벗어나 각형 배터리 개발에 본격적으로 뛰어들었고, 삼성SDI는 기존 각형 강점에 원통형 배터리를 더하며 시장 확대를 꾀하고 있다. SK온은 주로 생산해 온 파우치형에서 각형과 원통형을 동시에 개발하며 포트폴리오 다각화에 집중하고 있다.

3일 배터리 업계에 따르면, 파우치형 배터리는 높은 에너지 밀도와 유연한 설계로 전기차 시장 초기에 주목받았지만, 최근 안정성과 생산 효율성 문제로 인해 선호도가 줄어들고 있다. 파우치형 배터리는 얇은 필름 형태의 포장재를 사용해 가벼운 무게와 높은 에너지 밀도를 제공하는 장점이 있지만, 외부 충격에 취약하고 열 폭주 전파 위험이 상대적으로 크다는 지적을 받아왔다.

또한, 파우치형 배터리는 생산 과정에서 고도의 기술력을 요구하며, 조립 효율이 상대적으로 낮아 대량 생산 체제에 적합하지 않다는 단점도 주목받고 있다. 이러한 이유로 주요 완성차 업체들은 더 안정적이고 생산성이 높은 각형이나 원통형 배터리로 눈을 돌리고 있다.

이에 최근 글로벌 전기차 시장에서는 파우치형 배터리보다 각형과 원통형 배터리를 선호하는 흐름이 뚜렷하다. 폭스바겐, BMW, 스텔란티스 등 주요 완성차 업체들은 생산성과 안정성을 이유로 각형 배터리를 주요 폼팩터로 채택하고 있다. 특히 폭스바겐은 2030년까지 생산되는 전기차의 80%에 각형 배터리를 도입하겠다는 계획을 발표했다.

원통형 배터리도 주목받고 있다. 테슬라는 전통적으로 원통형 배터리를 사용하며 그 안정성과 대량 생산 효율성을 강조해 왔고, 리비안과 같은 신생 전기차 제조업체들도 원통형 배터리를 채택하며 이를 지지하고 있다. BYD와 같은 중국 제조업체는 기존의 파우치형에서 각형 배터리로 생산 라인을 전환하는 움직임을 보이며 이러한 변화에 동참하고 있다.

이러한 시장 변화 속에서 국내 배터리 업체들은 기존 강점에 기반한 다각적인 대응 전략을 세우며 대응에 나섰다.

LG에너지솔루션의 4695 원통형 배터리 [ⓒLG에너지솔루션]

LG에너지솔루션은 이날 미국 완성차 업체 제너럴모터스(GM)와 함께 전기차용 각형 배터리 공동 개발을 공식화했다. 양사는 '각형 배터리 및 핵심 재료 공동 개발을 위한 계약'을 체결했다. 이는 LG에너지솔루션이 각형 배터리 개발 계획을 공식적으로 발표한 첫 사례다. 이번에 개발되는 각형 배터리는 GM의 차세대 전기차에 탑재될 예정이다.

현재 구체적인 개발 완료 시점이나 생산 일정은 발표되지 않았다. 다만, 업계에서는 LG에너지솔루션이 3년 이내에 각형 배터리 양산을 목표로 하고 있을 것이란 전망이 설득력을 얻고 있다.

앞서 GM은 2027년 양산을 목표로 삼성SDI와의 합작법인을 통해 각형 배터리를 생산할 계획을 발표한 바 있는데, 이를 고려할 때, LG에너지솔루션과 공동 개발한 각형 배터리가 GM의 전기차에 탑재되는 시점도 비슷한 시점이 될 것으로 예상되어서다.

GM의 차세대 전기차 모델의 구체적인 명은 아직 공개되지 않았으나 GM의 전기차 라인업 확대 계획에 따라 다양한 차종에 탑재될 것으로 보인다. LG에너지솔루션은 이번 각형 배터리 개발로 파우치형, 원통형, 각형 등 모든 배터리 폼팩터를 포트폴리오에 포함하게 돼, 글로벌 배터리 업체 중 유일하게 3대 폼팩터를 모두 갖춘 기업이 됐다.

각형에 강점이 있던 삼성SDI는 최근 원통형 배터리 시장에서 입지를 강화하고 있다. 올해 중국 상해 신국제 엑스포 센터에서 개최되는 '제32회 차이나 사이클 쇼 2024(China Cycle Show 2024)'에 참가해 원통형 배터리 경쟁력을 선보였다.

특히 현재 주력으로 공급 중인 21700(지름 21mm, 높이 70mm) 원통형 배터리의 다양한 모델들을 공개했다. 장거리 주행에 적합한 20Wh급 고용량 기종은 니켈 함량 90% 이상의 하이니켈 양극재를 이용해 기존 대비 10% 이상 용량을 늘렸으며, 장수명 배터리는 신규 소재를 적용해 4000회 이상의 수명을 확보했다. 이 제품은 급속충전도 지원된다.

이와 함께 삼성SDI는 탭리스(Tabless) 디자인 적용 제품과 차세대 46파이 배터리를 통해 마이크로 모빌리티 시장을 공략하겠다는 계획이다. 탭리스 디자인은 정밀 장비를 통해 탭과 전극을 일체화하여 전류의 경로를 확장함으로써 출력 성능을 대폭 높였다. 이를통해 테슬라와 같은 글로벌 전기차 업체를 타깃으로 시장 점유율 확대를 꾀하고 있다.

SK온은 그동안 주력해 온 파우치형 배터리에서 벗어나, 최근 각형과 원통형 배터리 개발에 동시에 박차를 가하고 있다. 최재원 SK온 수석부회장은 올해 초 미국 라스베이거스에서 열린 'CES 2024'에서 각형 배터리 개발을 이미 완료했으며, 원통형 배터리 개발 역시 본격적으로 진행 중이라고 밝혔다.

이와 관련해 SK온의 이존하 부사장은 지난 3월 '더 배터리 컨퍼런스 2024'에서 "각형 배터리를 기반으로 원통형 배터리 개발에도 착수했다"며, "원통형 배터리가 양산되기까지는 약 3~4년이 소요될 것으로 예상된다"고 설명했다.