지난 3월, 삼성SDI 베트남 법인에서 46파이 배터리 모듈 출하식이 진행됐다. 해당 모듈은 마이크로 모빌리티용으로 삼성SDI 천안사업장에서 양산한 46파이 원통형 배터리 셀로 제작되었다. 

[삼성SDI 임직원들이 46파이 배터리 모듈 출하식에서 기념사진을 촬영하는 모습]

삼성SDI의 46파이 배터리는 지름 46mm의 원통형 배터리로 18650, 21700 원통형 배터리에서 이어진 표준화된 크기이다. 대신 높이의 경우 고객의 요구에 따라 변경하여 생산할 수 있다. 이에 따라 다양한 크기의 전기자동차, 마이크로 모빌리티 등에 활용되고 있다.

[고객이 요구하는 높이에 맞춰 생산할 수 있는 삼성SDI 46파이 배터리]

원통형 배터리 셀은 가격이 싸고, 생산성이 높으며, 안전성을 확보하기에 유리하다. 표준화된 셀 크기로 모듈, 팩도 표준화된 설계를 적용할 수 있다.

단, 기존의 18650, 21700 원통형 배터리는 셀 당 용량이 낮다. 따라서 고용량이 필요한 전기자동차, 마이크로 모빌리티용 모듈, 팩을 구성할 때 셀 개수가 크게 증가한다. 이는 모듈, 팩을 제조하기 위한 부품 수와 공정 복잡도를 증가시키는 요인이 된다.

[원통형 배터리는 모듈, 팩 구성 시에도 열 전파에 유리]

46파이 배터리는 기존의 원통형 배터리의 장점은 유지하면서, 용량과 부피당 에너지 밀도를 높였다. 이 때문에 46파이 배터리로 모듈, 팩으로 구성할 경우 셀 개수를 기존 대비 1/6 수준으로 줄일 수 있다. 부품 수와 공정 복잡도를 낮춰 가격 경쟁력을 확보하는 효과를 낼 수 있는 것이다. 여기에 전체 팩의 무게도 줄어들어 전기자동차의 연비 측면에서 경쟁력을 확보할 수 있다.

46파이 배터리는 단순히 기존 원통형 배터리 셀 크기만 키운 것이 아니다. 성능과 품질을 개선하기 위해 내부 구조를 새롭게 설계하고, 용량이 커진 만큼 안전성을 확보하기 위한 공법이 적용되었다.

대표적으로 46파이 배터리는 탭리스 구조로 설계되었다. 기존에는 양극, 음극 극판에 탭(Tab)을 추가해 전류를 흐르게 했다면, 탭리스는 극판의 기재 자체를 탭으로 활용한다. 이를 통해 고출력, 급속충전 등의 성능은 물론 제품의 품질까지 개선했다. 

[기존 탭 구조와 삼성SDI의 기술이 적용된 탭리스 구조에서 전자의 이동]

안전성 측면에서는 레이저 용접을 활용한 신공법을 적용하였다. 배터리 셀 내부 부품을 연결할 때 셀 외부에서 레이저로 용접하는 기술을 개발한 것이다. 

용접은 두꺼운 소재에 얇은 소재를 접합하는 것이 더 쉽다. 배터리 셀의 경우 내부의 부품이 얇고, 외부의 부품은 두껍기 때문에 보통은 내부에서 용접을 진행한다. 하지만 이때, 내부에 용접 이물이 들어갈 수 있다. 삼성SDI는 신공법을 통해 용접 이물이 내부에 들어가는 것을 방지하여 안전성을 향상시켰다.

또한, 46파이 배터리는 열전파 저항(PPR*) 설계도 강화하였다. 열이 배터리의 안전성 부품인 벤트(Vent) 방향으로만 빠르게 나올 수 있도록 설계하여 안전성을 높인 것이다. 

* PPR : Passive Propagation Resistance, 인접 셀로 열이 전파되는 것을 막는 인자

모듈, 팩에서 경쟁력을 갖추고 있는 46파이 배터리에 대한 주요 전기자동차 고객들의 관심은 계속 커지고 있다. 삼성SDI는 앞으로도 고성능과 가격 경쟁력을 확보한 46파이 배터리를 개발하여 양산할 계획이다. 46파이 배터리를 개발하며 쌓은 노하우를 프리미엄 원통형 배터리에도 적용해 원통형 배터리의 경쟁력을 더욱 높일 것이다.