LG화학, 삼성SDI 그리고 2차전지에 대하여 (6탄, 배터리 FORM FACTOR 및 각형/ 폴리머 배터리)

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안녕하세요, 브랜든입니다.

지난 시간에 소개했던 원통형에 이어서 오늘은 각형 및 폴리머 배터리에 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.

각형 및 폴리머 전지 모두 직사각형 type의 모양으로 생긴게 특징이며, 다만 각형은 알루미늄 캔으로 둘러쌓여 있으며 폴리머는 그에 반해 pouch 즉 주머니 형태의 알루미늄 박으로 구성되어 있음.

각형 전지가 어떻게 생겼는지는 제가 별도의 유튜브 영상을 통해 직접 배터리를 뜯어가면서 설명 드릴 예정입니다. 일단 그림으로 보면 이렇습니다.

하기는 폴리머 (파우치) 전지의 모습. (롯데알미늄 홈피 인용)

아마 이런 의문을 가지실 듯.. 

각형이나 폴리머 (파우치)나 모두 네모 형상인데 굳이 두 가지 type이 필요한 까닭은 무엇인지,,,

표로 정리해 보겠습니다.

먼저 제조 방식입니다.

각형 전지는 LG, 삼성, Panasonic 모두 양극재, 음극재, 분리막 등이 도포된 젤리롤을 감아서 만드는 즉, Winding 방식을 따르고 있습니다. 제일 무난한 컨셉이며 공정 또한 상대적으로 단순하여 제조원가도 폴리머 전지 대비 저렴한 편입니다.

폴리머 전지는 Winding 방식의 경우 각형과 크게 다르지 않지만 주액을 하고 활성화하는 과정에서 Gas가 차서 부풀기 때문에 Gas를 빼주는 ‘Degas’ 공정 등이 추가됩니다. 

그런데 LG화학은 경쟁사와는 다르게 폴리머 전지의 경우 Winding 방식이 아닌 ‘Stacking and Folding (S&F) Type’으로 구현, 생산합니다.

전극을 마는 것이 아닌, 이름 그대로 하나하나씩 적층하여 접는 구조라는거죠. 이에 따라 상기 제조 공정이 아닌 훨씬 더 복잡한 공정으로 구현할 수 밖에 없습니다. 그래서 경쟁사 폴리머 전지보다 원가가 비쌉니다. 그래서 원가적인 불리함을 안정적인 품질 및 좀 더 다양한 사이즈 구현으로 차별화를 꾀하고 있는거죠.

                                  [하기 사진은 이코노믹리뷰 인용]

하나하나씩 전극을 쌓으면 되는 구조라서 각형 대비 Size Flexibility가 더 자유롭습니다.

제조설비 및 기술상, 각형 ‘캔’이 구현 가능한 최소 Thickness (두께)는 3.4~3.5mm 지만 LG화학의 파우치 type은 1.0mm 후반 대의 전지도 개발, 생산 가능합니다. 전극 하나하나를 이쪽 용어로 ‘Stack’ 이라 칭하는데 스택을 늘리고 줄임에 따라서 좀 더 자유로운 두께 구현이 가능하다는거죠.

물론, 두께뿐만 아니라 가로 X 세로 길이도 폴리머 전지는 100mm 이상의 사이즈도 구현 가능한데 각형은 이에 반해 사이즈 제한이 있습니다.

원통형 전지 시간 때도 말씀 드렸지만 IT 및 New application의 소형화가 두드러지면서 End-customer 등 완제품 업체 (HP, Dell, Apple, Asus, Dyson, Bosch, TTi, Lenovo, Samsung, LG 등) 에서도 좀 더 작은 전지를 요구하고 있고 이는 피할 수 없는 Trend 입니다.

Philip Morris의 전자담배, Apple의 Airpods, Wire Battery 등에서도 아주 극명하게 잘 나와 있죠.

우리가 쓰는 스마트폰 예를 들어보겠습니다. 바로 얼마전까지만 하더라도 휴대폰 배터리가 방전되면 우리는 휴대폰 뒷 케이스를 열고 갖고 있었던 여분의 배터리로 갈아끼우곤 했었습니다. 그런데 언제부터인가 배터리 교체형 (착탈형 혹은 탈착형) 의 휴대폰은 자취를 감추었습니다.

왜일까요?

바로 배터리 때문입니다. 소비자들 Needs 때문에 휴대폰 제조사들은 좀 더 늘씬하고 슬림하면서 얄쌍한 휴대폰 디자인 구현에 여념이 없습니다. 그런데 예쁜 휴대폰 디자인 구현에 가장 큰 Position을 차지하는 게 휴대폰 뒷면에 위치한 ‘배터리’입니다. 그런데 제가 아까 뭐라고 했죠?

각형 배터리 캔 때문에 배터리 Cell 최소 두께는 3.4 or 3.5 mm입니다. 더구나 각형 캔에 라벨이 안착되고 배터리 상/ 하단에는 보호회로 등이 필수로 붙게 됩니다. 배터리 완제품 (팩) 두께 및 가로, 세로 길이는 더 넓고 길어질 수 밖에 없어 모양이 ‘둔한’ 배터리가 나올 수 밖에 없고 이는 디자인적으로 예쁘지 않은 휴대폰 탄생으로 이어지게 됩니다.

여기서 삼성전자, LG전자의 고민이 시작되는거죠. (애플은 이러한 디자인적 요소 때문에 아이폰 초창기 모델 때부터 폴리머 배터리를 채택함) 

여기서 설명 드리긴 뭐하지만 이런저런 이유들 때문에 LG전자는 Flagship 모델인 G5였나 G6때부터 폴리머 전지를 채택하게 되었고 (배터리를 소비자가 마음대로 갈아끼우지 못함) 삼성전자는 LG보다는 빠르게 폴리머 전지를 채택하게 됩니다.

당연히 그룹사 고객이자 형님인 두 Electronics 업체가 휴대폰에 들어가는 배터리 전지 type을 각형에서 폴리머 전지로 전환하게 되니 LG화학 및 삼성SDI 입장에서는 각형 전지 생산이 대폭 축소될 수 밖에 없음은 당연한 얘기. 

추가로 LG화학 입장에서 각형 전지를 많이 가져다 쓰는 곳이 Nokia 및 LGE 였는데 아시다시피 Nokia는 망해서 여기저기에 팔려 가고 LGE 또한 안 쓰니 각형 전지 position이 애매해짐.

그래서 LG화학은 각형 전지의 생산을 향후 중단하게 되니 이는 투자에 참고하시면 좋을 것 같습니다.

그리고 또한 각형 캔 관련 설비 및 캔 제조업체 또한 향후 어떨지 어느 정도 감이 오시리라 믿습니다.

오늘은 여기까지 하겠습니다.

Brandon

추신) 제 글을 항상 애독해 주시는 독일, 헝가리, 프랑스에서 접속해주시는 분들 정말 감사합니다^^

Post Author: Brandon Kim

MONEY

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