테슬라 차세대 원통형 '4680 배터리' 양산 성공-LG에너지솔루션 수혜?

테슬라가 미국 네바다 기가팩토리에서 원통형 '4680 배터리'의 양산에 성공했습니다. 그에 따른 가격 경쟁력 및 기술우위에 관심이 집중되고 있습니다. 오늘은 '4680 배터리' 개념과 배터리 변천사 및 공급사를 살펴보겠습니다.

 

 

◆ 4680 배터리(4680 Battery)란?

 

 

 

미국의 전기자동차 회사 테슬라가 개발 중인 차세대 배터리로  2020년 9월 22일 일론머스크가 4680 배터리 개발계획을 발표한 후 4680 배터리는 새롭고 큰 원통형 배터리셀로 기존 대비 에너지 용량을 5배, 출력을 6배 주행거리를 16% 각각 개선한 걸로 알려져 있습니다.

 

앞의 숫자 2개는 지름을 , 뒤의 숫자 2개는 길이를 뜻 합니다. 따라서 4680 배터리는 지름 46mm 길이 80mm인 원통형 배터리란 뜻입니다. 이는 기존의  2170 배터리 (직경 21mm, 길이 70mm) 원형 배터리 보다 커진 것입니다

 

또한 4680 배터리에는 NCMA(니켈. 코발트. 망간. 알루미늄) 양극재를 적용해 니켈 함량을 85~90%로 높이고 알루미늄을 첨가하게 됩니다

 

 

▶원통형 배터리 장점 : 둥근 몸체 때문에 전극을 돌돌 마는 " 와인딩" 방식의 제조가 가능해 생산속도가 다른 형태의 배터리인 파우차나 각형과 비교해 빠르다는 장점이 있습니다. 따라서 비용과 시간을 감안한 제조 효율 측면에서 타 배터리 보다 훨씬 생산효율이 높다고 합니다.

 

 

1. 전기자동차 탑재 배터리 가격 경쟁력 기준

 

 

2022년 6월 기준 배터리 생산비용은 킬로와트당 105달러 수준인데요. 배터리팩 가격이 킬로와트(kwh) 당 100달러 미만으로 낮출 수 있다면 전기자동차가 내연기관 자동차에게 가격 경쟁력이 생기는 시점으로 판단하는데요. 4680 배터리가 곧 이 기준을 달성할 것으로 보입니다.

 

 

2. 전고체 배터리 양산시점(2028년) & 기술적 장벽

 

전고체 배터리는 2028년 양산을 목표로 하고 있지만, 넘어야 할 기술적 장벽이 아직 많습니다. 이에 반해  4680 배터리는 단기간 내에 효율성을 크게 높일 수 있으며 크기를 늘리는 혁신으로 파우치나 각형 예비해 더 앞서 있는 기술로 평가받고 있습니다. 업계는 테슬라가 4680 배터리를 탑재하면 가격 경쟁력이 높아질 것으로 예상하고 있습니다.

 

 

3.1865 배터리 →  2170 배터리 → 4680 배터리 변천사

 

3.1 2170 배터리

 

2세 대격인 2170 배터리는 기존 1세대 1865 배터리 보다 50% 큰 용량을 확보하고 성능을 개선하여, 보다 적은 수의 배터리를 연결해 원하는 용량의 전기 자동차 배터리를 구성할 수 있습니다.

 

2022년 6월 기준, 양산되고 있는 전기 자동차에 탑재되는 배터리는 2170 배터리입니다. 이에 2170 배터리는 용량, 수명과 출력을 동시에 극대화할 수 있는 최적 사이즈로 원가 경쟁력을 갖추었기 때문에 원통형 배터리의 새로운 표준이 되었습니다.

 

 

3.2 4680 배터리

 

4680 배터리가 2170 배터리 보다 용량과 성능이 크게 개선됨에 따라 업계의 관심은 4680 배터리로 집중되고 있습니다. 하지만 2170 배터리는 개발안정화가 이루어져 있으나 4680 배터리는 개발 안정화가 이루어지지 않아 양산차에는 아직 탑재되지 않습니다.

 

 

테슬라의 실험에 의하면 4680 배터리는 2170 배터리 보다 충전시간을  줄일 수 있고 섭씨 29.4도씨 환경에서 4680 배터리를 10%에서 80%까지 충전하는 데 걸리는 시간이 2170 배터리의 25분에서 15분으로 단축될 것으로 예상하고 있으며  만약 50% 충전의 경우에는 7분 이내 충전이 가능할 것으로 보이며 이는 내연기관 자동차를 주유하는 시간과 비슷한 수준이라 놀라울 뿐입니다.

 

 

예상 최대 충전 출력은 2170 배터리의 250kw에서 4680 배터리의 275kw로 증가되었으며 275kw 충전 출력은 10~50% 충전 상태에서 일정하게 유지되고 이후 속도가 점점 줄어들게 됩니다.

 

 

◆ 4680 배터리 제조 공급사

 

1. 원통형 4680 배터리 공장 건설 경쟁(LG에너지솔루션, 파나소닉)

 

일본 파나소닉 LG 에너지 설루션으로부터 테슬라는 원통형 배터리를 공급받고 있는데요.  테슬라의 미래 표준으로 원통형 배터리를 채택함에 따라 LG에너지설루션은 2022년 6월 13일 충북 오창 2 공장에 테슬라 납품용 4680 배터리 라인 신설계획을 밝혔고 2023년 하반기 양산하게 되면 글로벌 배터리 업계의 게임체인저 4680 배터리를 세계에서 가장 먼저 양산하게 되는 것입니다.

 

오창 공장에서 확보하는 9 GWH는 전기차 약 13만 대를 생산할 수 있는 양이됩니다. 이렇게 되면 4680 배터리 양산 기술 경쟁에서 LG에너지설루션이 앞서 나가게 되는 것이 됩니다.

 

파나소닉은 미국에 4680 배터리 공장을 2028년 완공 계획이며 일본에서는 2024년 양산을 목표로 하고 있습니다. 파나소닉은 4680 배터리 시제품은 가장 먼저 테슬라에 선보였지만 양산은 LG 에너지솔루션이 먼저 하게 되는 것입니다.

 

2. 각형 리튬. 인산. 철(LFT) 배터리

 

 

테슬라에 각형 리튬 인산 철(LFT) 배터리만 공급하는 중국 CATL과 점유율 격차를 줄일 수 있으며, 원통형 시장에 진출을 모색하는 CATL의 추격이 있을 수 있지만 아직 기술격차 가 크게 존재하고 있습니다

 

삼성 SDI는 4680 배터리 개발 단계이고 SK온은 파우치형 배터리만 생산하고 있습니다 테슬라도 미국에 자체 4680 배터리를 양산 중이지만 수율(완성품 중 양품 비율)이 50% 미만인 것으로 알려져 있습니다.

 

 

 

3. 테슬라의 자체 4680 배터리 생산

 

네바다주에 연간 100기가 와트시(GWh) 규모의 4680 배터리 공장을 건설해 운영할 예정이라고 합니다 이 규모는 연간 200만 대의 전기차 배터리 생산규모라고 하는데요. 이렇게 되면 테슬라의 전기자동차 가격 경쟁력이 현재보다 더욱 높아지게 됩니다