원통형 배터리 : 금양의 사업 방향 및 현황

금양의 미래는?

K-battery 3社에 더해, 후속주자가 나올 것인가?

안녕하세요! WAB입니다.
최근에 SNE 리서치에서 개최한 2024 Battery Day에 다녀왔는데,
제가 보고 듣고 온 내용들 정리해 드리겠습니다.

자, 오늘은 많은 분들이 궁금해하시는 원통형 배터리에 집중하고 있는 금양에 관해서 살펴보겠습니다.

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그럼 오늘도 시작해 보겠습니다!

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왜 원통형 배터리인가?

금양은 원통형 배터리를 선택하여 개발에 집중하고 있습니다. 각형도 있고, 파우치형도 있는데, 왜 원통형일까요?

금양에 따르면 이유는 다음과 같습니다.

Formfactor	Cylindrical	Prismatic	Pouch
T/P 대응	우수	보통	열세 (난이)
셀간 접촉	무(선) 접촉	면 접촉 (후막 중면적)	면 접촉 (박막 대면적)

김찬중 연구위원은 원통형(Cylindrical) 폼팩터는 셀 간 무접촉 구조로 열 폭산을 억제하는 데 있어 가장 유리한 형태이기 때문이라고 말했습니다.

각형(Prismatic)과 파우치형(Pouch)은 면 접촉 구조로, 열이 쉽게 전달될 수 있어 상대적으로 열 폭주에 취약할 수 있죠. 특히 파우치는 불에 굉장히 약합니다. 

• Cylindrical (원통형)
  (1) T/P 대응: 열 폭주에 대한 대응이 우수
  (2) 세간 접촉: 무접촉 구조로, 셀 간의 직접적인 접촉이 없어 열 폭산을 억제하는 데 유리
• Prismatic (각형)
  (1) T/P 대응: 보통 수준의 대응 성능
  (2) 셀간 접촉: 면 접촉 구조로, 셀 간의 열 전도 경로가 존재하지만, 후막이 사용되어 중간 정도의 열 전도
• Pouch (파우치형)
  (1) T/P 대응: 열 폭주에 가장 취약하며, 대응이 어려움
  (2) 셀간 접촉: 면 접촉 구조이지만, 박막이 사용되어 대면적으로 열이 쉽게 전달될 수 있음

또한 다른 이유로는, 하나의 셀 온도가 급격하게 상승할 때 배터리 셀을 연결하는 금속 와이어가 녹아 전류를 차단하여 화재 전파를 방지해 준다는 장점도 있죠.

원통형 배터리 팩 (EV West)

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금양이 보는 원통형 배터리 전망은?

금양은 향후 2030년에 원통형 배터리는 약 681 GWh로 전체의 26%를 차지할 것이라 보고 있습니다.

2030년에 파우치는 393 GWh(15%), 각형 1,544 GWh(59%)로 전망하고 있습니다.

금양의 배터리 폼팩터별 전망

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금양의 사업분야는?

1. 사업분야
   - 울트라 하이니켈 (Ni>97%) 단결정 양극재 소재 사업
   - 양극재용 첨가제 사업
2. 이차전지 첨가제
   - NCMA계 양극재용 첨가제 생산라인구축, 납품 中
     (LG학학 청주 양극재 공장, 우시(중국) 양극재 공장)
   - LG화학과 공급에 대한 정식계약 완료
   
   
3. (무수) 수산화리튬 사업
   - 수산화리튬, 무수수산화리튬을 국내 양극재 업체와 협업
   - 2개 분해가공라인(각 연 5,000톤 생산능력)
   - 1개의 무수수산하리튬 가공 라인 (연 2,000톤 생산능력)

양극재는 SMLAB의 단결정 양극재를 사용할 것으로 알려져 있는데요,
금양은 SMLAB 주식 22.3% 취득하여 최대주주인 상태입니다.
SMLAB은 기존 다결정 양극소재의 여러 문제점을 개선하기 위해 단결정 양극소재 개발했다고 하죠.

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금양의 원통형 배터리 개발 로드맵

금양의 연도별 개발 계획은 다음과 같습니다.

여기에 더해 가격 경쟁력을 위해 '26년까지 미드 Ni NCM과 NCMA를 섞어서 사용한다고도 합니다.

연도	셀 종류	에너지 밀도	용량	어플리케이션	특징
2023년	2170 셀	270 Wh/kg	5.0Ah	500 km (자전거)	Ni 97% NCMA(단결정) 양극, 천연 및 인조 흑연 사용
2024년	4695 셀	290 Wh/kg	34.0Ah	800 km (오토바이)	Ni 97% NCMA(단결정) 양극, SiCx 4% 흑연 사용
	2170 셀	290 Wh/kg	5.5Ah	550 km (자전거)
2025년	4695 셀	310 Wh/kg	38.0Ah	850 km (트럭)	Ni 97% NCMA 단결정 양극, SiCx 6% 흑연 사용, 열 안정성 및 긴 수명
	2170 셀	306 Wh/kg 217 Wh/kg	5.8Ah 4.0Ah	580 km (트럭), 전동 공구
2026년	46xx 셀	340 Wh/kg	45.0Ah	930 km, 600 km (전기차)	Tab-less 셀, 25% SiCx 흑연 사용, 고열 안정성 CCS, Si 용 전해질 첨가제 및 단일 종류 바인더 사용
	2170 셀	315 Wh/kg 234 Wh/kg	6.0Ah 4.3Ah	전동 공구
2027~2030년	46xx 셀	>500 Wh/kg	-	>1200 km (Solid-state)	Ni-free NCMA, 순수 Si 음극, Li 메탈 음극, 고체 전해질 사용

개인적으로 봤을 때는 단결정 양극의 가장 큰 단점이 초기 저항으로 인한 낮은 용량인데,
전기차, 전기자전거 등의 어플리케이션의 긴 주행거리를 봤을 때.. 굉장히 도전적인 목표인 듯합니다.
성공만 한다면, 강력한 배터리 maker가 탄생하는 거니까 개인적으로 응원합니다. 

금양의 원통형 배터리 개발 로드맵

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금양의 원통형 배터리 생산 계획과 목표는?

기장공장 계획

Model (Capa/Year)	Technical Review	Equipment Order	Warehousing (FAT)	Installation	Commissioning (SAT)	Pre Production	Mass Production
21700 #1 (100Mil.)	'23.06.30	'23.07.31	'24.08.31	'24.11.15	'24.12.31	'25.02.28	'25.03.01
21700 #2 (100Mil.)	'23.09.30	'23.10.31	'25.01.31	'25.01.15	'25.03.31	'25.05.31	'25.06.01
4695 #1 (50Mil.)	'23.10.31	'23.12.31	'25.03.31	'25.03.31	'25.05.31	'25.08.31	'25.09.01
4695 #2 (50Mil.)	'24.05.31	'24.06.30	'25.08.31	'25.08.31	'25.10.31	'25.12.31	'26.01.01

기장공장 양산 능력

Model	Capacity (Cell, Mil.)	GWh	Cell Energy (Capa. Ah)	Voltage (V)	Wh/Cell	EV KWh / Unit	EV Unit Year (K)
4695	100	12.5	34.0	3.67	124.8	60 / 75	208 / 167
21700	200	3.7	5.0	3.70	18.5	60 / 75	62 / 49
Total	300	16.2	-	-	-	-	270 / 216

• 총 라인 수 (Phase 1 + 2): 8 Lines
• 총 생산 능력: 41.2 GWh
• EV Unit Year: 557,000 (EV KWh Unit : 75)
• Phase 1: 2023년 9월부터 2024년 12월까지 총 196 M Cells 생산 예정
• Phase 2: 2024년 5월부터 2026년 7월까지 추가 196 M Cells 생산 예정
• Phase 2는 계획 중

이 양을 소화할 수 있을까.. 싶긴 합니다만 일단 기대하는 마음으로 지켜보겠습니다.

 

금양의 미래의 원통형 셀 스펙과 테슬라의 원통형 배터리의 차이 비교를 아래의 글을 통해 확인해보세요!

원통형 배터리 : 금양의 셀 스펙 및 테슬라와의 비교 결과

 

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다음 시간에는..

계속해서 Battery Day에 발표된 내용들에 대해 정리해 보도록 하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다.

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