"테슬라 4680 배터리, '일반 리툼 배터리'에 불과"

자동차 웹사이트인 오토에볼루션(www.autoevolution.com)에 따르면 유튜브(YouTube)의 더 리미테이션 팩터(The Limitation Factor)채널 비디오는 테슬라가 독자적으로 개발하고 생산한 4680 대형 원통형 리튬 배터리가 일반적인 니켈-코발트-망간 3원계 리튬 배터리에 불과하다는 것을 보여주었다.

이 채널의 최근 비디오는 기존의 2170 소형 원통형 배터리와 비교할 때 4680 배터리의 에너지 밀도가 훨씬 낮고 배터리 음극 재료의 코발트 함량도 더 높다는 것을 보여준다.
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미국 캘리포니아주 샌디에고 대학(University of California San Diego)의 최신 분석에 따르면 테슬라의 텍사스 오스틴 공장에서 생산된 모델 Y는 244Wh/kg으로 조립된 4680 대형 원통형 배터리의 단일 에너지 밀도를 가지고 있어 프리타운보다 훨씬 낮다.

캘리포니아 프리몬트 공장에서 생산되는 모델 Y에 사용되는 파나소닉 2170(Panasonic 2170) 원통형 배터리의 에너지 밀도는 269Wh/kg이다. 이 데이터는 테슬라 상하이 공장에서 생산되는 모델 Y와 모델 3에 사용되는 한국의 LG에너지솔루션에서 생산된 배터리(에너지 밀도 252Wh/kg)보다 낮다.

또한 미국 캘리포니아주 샌디에고 대학에서도 4680 배터리가 다른 니켈-코발트-망간 3원계 리튬 배터리보다 더 많은 금속 코발트를 사용한다는 사실을 분석하고 발견했다. 현재 업계는3원계 리튬 배터리 개발의 주류 방향은 더 많은 니켈 금속을 사용하는 것인데, 이는 배터리의 에너지 밀도를 높일 수 있기 때문이다.

예를 들어, BMW 그룹은 이전에 곧 출시될 46 시리즈 원통형 배터리의 생산 계획을 발표했는데, BMW는 회사가 개발한 6세대 리튬 이온 원통형 배터리가 양극에 더 많은 니켈 함량과 더 높은 코발트 함량을 가지고 있다고 밝혔다. 5세대 각형 전지보다 감소했다.

테슬라가 이 과정에서 벗어난 이유는 알려지지 않았다고 업계 소식통은 전했다.
이는 배터리의 에너지 밀도가 낮기 때문에 텍사스에서 제작된 모델 Y가 캘리포니아 프리몬트에서 제작된 모델 Y보다 무거운 이유를 부분적으로 설명한다. 차량 구조의 주물은 차체 중량 증가의 또 다른 원인이다. 리미티드 팩터는 테슬라가 전통적인 모델 Y보다 제조 비용이 저렴할 수 있기 때문에 더 무거운 자동차를 만든다고 믿는다.

2020년 9월 테슬라는 차세대 4680 원통형배터리를 출시했다. 배터리의 직경은 46mm이고 높이는 80mm이다. 당시 테슬라가 발표한 데이터에 따르면 기존의 2170(직경 21mm, 높이 70mm) 소형 원통형 배터리와 비교하여 4680 배터리의 에너지는 전자의 5배이며 차량의 항속 거리는 16% 증가해 차량 설계 개선으로 차량 연비의 순 증가는 56%에 달하고 생산 비용은 54% 절감할 수 있다.

자동차 웹사이트 오토에볼루션은 4680 배터리에 대한 테슬라의 약속이 배터리 교체만을 위한 것이라면 텍사스에서 여전히 모델 Y를 기다리는 소비자들은 캘리포니아나 상하이의 모델 Y로 관심을 돌려야 할 것이라고 논평했다.

사각형, 원통형 및 파우치 배터리는 현재 전력 리튬 이온 배터리의 세 가지 주요 형태이며 원통형 배터리는 리튬 배터리의 초기 형태이다. 현재 업계는 4680 대형 원통형 리튬 배터리에 대해 동일한 견해를 가지고 있는 것으로 이해된다. 기술 경로에는 이점이 있지만 생산이 매우 어렵다.

중국 선전에 본사를 둔 투자 은행 및 중개 회사인 중국 증권 투자(China Investment Securities Co.)의 분석에 따르면 현재 주류인 각형 배터리와 비교하여 4680 대형 원통형 리튬 배터리 단계의 장점은 다음과 같다.

첫째, 원통형 배터리의 기하학적 대칭은 더 좋으므로 배터리 가스 생산에 대한 더 높은 내성, 더 높은 용량, 더 높은 전압의 양극 및 더 높은 용량의 음극과 호환된다.

둘째, 탭(모든 탭)이 없는 4680 배터리의 설계는 전자 이동 거리를 크게 단축하여 배터리의 옴 내부 저항을 줄이고 배터리 속도 성능을 향상시킬 수 있다.

마지막으로 4680 원통형 유닛은 상대적으로 크기 때문에 모듈이 없는 배터리 팩과 배터리 섀시의 통합 설계에 도움이 된다.

4680 배터리에는 다음과 같은 단점도 있다. 첫째, 배터리가 더 크기 때문에 방사형 및 축 방향 기하학적 대칭이 악화되고 실린더 내부의 양극 및 음극에 대한 요구 사항이 더 엄격하다. 두 번째는 배터리 내부의 열을 발산하기가 더 어려워 배터리 수명에 일정한 영향을 미친다는 것이다.

4680 배터리의 생산성 향상을 위해 중국 업체들도 테슬라를 도운 것으로 파악된다. 신문 기자는 중국 리튬 배터리 장비 제조업체인 심천 잉허 테크놀로자(Shenzhen Yinghe Technology Co.)가 테슬라에 8시간 동안 자율적으로 작동할 수 있는 4680 레이저 와인딩 머신을 특별히 제공했다는 사실을 알게 되었다. 수동개입 없이 에너지 소비를 25% 줄이고 생산 능력을 30% 늘린다.

또 지난달 말 테슬라의 파트너인 파나소닉은 파나소닉의 미국 캔자스주 데소토 공장이 오는 11월 착공한다고 밝혔다. 공장은 40억 달러를 투자했고 캔자스 주로부터 8억2900만 달러의 재정 지원을 받았다. 완공 후 공장의 연간 생산능력은 30GWh에 달할 것이다.

이 공장은 또한 파나소닉 2170(Panasonic 2170) 배터리를 주로 생산할 예정이며 향후 4680 배터리를 생산할 수도 있다. 파나소닉 그룹의 최고재무책임자 우메다 히로카즈(Hirokazu Umeda)는 파나소닉이 2024년 3월까지 4680 배터리의 대량 생산을 실현하지 못할 것이라고 전망했다.


김세업 글로벌이코노믹 기자