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GM 전기차 대량리콜, ‘리튬이온 배터리’ 어떻길래

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GM 전기차 대량리콜, ‘리튬이온 배터리’ 어떻길래

독일의 한 배터리 재활용 업체에서 직원이 중고 리튬이온 배터리를 분해하고 있는 모습.  사진=로이터이미지 확대보기
독일의 한 배터리 재활용 업체에서 직원이 중고 리튬이온 배터리를 분해하고 있는 모습. 사진=로이터
미국 제너럴모터스(GM)가 LG에너지솔루션이 생산한 배터리셀을 탑재한 ‘볼트’ 전기차를 대상으로 화재 위험을 들어 사실상 전량 리콜을 결정하면서 파장이 일고 있다.

LG에너지솔루션이 제조한 문제의 배터리셀은 현재 전기차에 일반적으로 들어가는 리튬이온 방식의 제품이다.
로이터통신은 이번 리콜 사태는 리튬이온 배터리의 화재 발생 가능성을 줄이는 일이 얼마나 어려운 일인지를 단적으로 보여주는 사건이라며 리튬이온 배터리의 특성과 화재 위험과의 연관성을 23일(현지시간) 짚어봤다.

◇배터리의 원리


배터리셀의 형태나 크기는 매우 다양하지만 대개의 경우 세가지 핵심 부품, 즉 전극, 전해질, 분리막으로 구성된다.

전극은 리튬을 저장하는 장소이고 전해질은 리튬이온이 들어 있는 액체로 리튬이온을 전극으로 이동시키는 역할을 하며 분리막은 양극 전극과 음극 전극을 분리하는 기능을 한다.

전기의 형태로 된 이 리튬이온 배터리의 에너지는 리튬이온이 음극에서 양극으로 움직이는 과정에서 얻어진다. 충전 상태에 있을 경우에는 역으로 이 리튬이온이 음극에서 양극으로 흐른다.

◇화재 위험은 어디서 나오나


리튬이온 배터리는 자동차용으로 개발됐든 기타 전자장비용으로 개발됐든 관계없이 특정한 조건에서 화재를 일으킬 수 있는 위험을 안고 있다.
그에 해당하는 대표적인 조건은 △제조 자체가 불량일 경우 △제품에 파손이 생겼을 경우 △배터리 관련 소프트웨어 설계에 하자가 있을 경우 등이다.

전기차에 탑재된 리튬배터리에서 문제가 발생하는 경우는 주로 전해액과 관련이 있다. 전해액 자체가 연소성 물질이라 배터리가 높은 온도에서 작동할 경우 화재 위험이 있다는 것. 여기에다 차량에 가해지는 외부의 충격도 배터리의 화재 위험을 높일 수 있다.

김필수 대림대학교 자동차학과 교수는 로이터와 인터뷰에서 “전기차에서 일어나는 화재는 비슷한 조건에서도 재현하는 것이 매우 어렵기 때문에 정확한 원인을 파악하는 것이 쉽지 않다”고 밝혔다.

전기차 제조업체나 배터리 공급업체에서도 화재 위험 등과 관련한 구체적인 내용을 공개하지 않고 있는 것도 정확한 진단을 어렵게 하는 요인이라고 로이터는 지적했다.

◇GM과 국토부의 입장


GM 측은 LG 측에서 공급한 볼트 EV 및 볼트 EUV용 배터리에 두가지 결함이 있을 가능성을 제기하면서 이로 인해 화재가 발생했을 가능성이 있다고 주장했다. 음극탭이 파열되고 분리막이 접히는 문제, 즉 배터리셀 제조 불량이 화재로 연결됐을 가능성이 있다는 것.

이와 관련해 로이터는 한국의 국토교통부가 지난 2월 현대 코나 전기차의 잇단 화재 사고와 관련한 조사 결과를 발표하면서 사고 차량들에 LG에너지솔루션 난징 공장에서 지난 2017년 9월부터 2019년 7월까지 생산한 배터리의 초기 모델이 장착됐다고 밝힌 사실을 소환했다.

당시 국토부는 현대차가 생산한 3개 차종 2만6699대의 자발적 리콜을 발표하면서 “현대차 코나 전기차의 잇단 화재 원인은 배터리 셀 제조 불량으로 인한 내부 합선일 가능성이 높다”고 밝혔다.

◇파우치 배터리 불리한가


리튬이온 배터리의 셀 형태는 각형, 원통형, 파우치형(주머니형) 등 크게 세가지로 나뉜다.

가장 역사가 오래된 형태는 원통형으로 크기가 규격화돼 있어 가격이 가장 저렴하고 대량 생산이 쉬운 등 이점이 많지만 배터리 셀 하나당 내는 에너지가 높지 않고 다양한 디자인이 불가능한 단점을 안고 있다. 세계 최대 전기차업체 테슬라가 원통형 배터리셀을 고수해왔다.

대개의 전기차 업체들은 파우치형 배터리를 사용하고 있다. 파우치형 배터리는 양·음극 전극을 파우치에 얹어 접착시키고 파우치 안에 전해액을 주입하는 방식으로 다양한 크기로 만들 수 있고 접기도 쉬운 장점이 있고 에너지 밀도도 높다.

각형 배터리셀은 주로 중국 배터리 업계에서 만들고 있고 그동안 파우치형을 써오던 폭스바겐이 차세대 전기차에 각형 배터리셀을 적용하겠다고 밝힌 상황이다. 각형 배터리셀은 원통형 배터리셀과 기본적인 구조는 비슷하지만 사각형인 만큼 차곡차곡 쌓았을때 버리는 공간이 적다. 대형화가 어렵고 무거워 효율이 파우치형에 비해 떨어진다는게 단점이다.

LG에너지솔루션은 이 가운데 파우치형 배터리에 주력해온 기업이다. 로이터는 파우치형에 많은 장점이 있으나 가연성이 큰 편이고 차량 사고가 났을 때 발생하는 충격에도 취약한 것이 단점이라고 지적했다.

LG에너지솔루션의 파우치형 리튬이온 배터리셀. 사진=LG에너지솔루션이미지 확대보기
LG에너지솔루션의 파우치형 리튬이온 배터리셀. 사진=LG에너지솔루션



이혜영 글로벌이코노믹 기자 rock@g-enews.com