배터리 열화 : 열화(Degradation)를 왜 알아야 하는가? - 2 (폐배터리 진단 기술)

배터리 열화에 대한 이해, 배터리의 생애를 이해하는 것과 마찬가지

배터리의 상태에 따라 달라지는 폐배터리의 경제적 가치

안녕하세요! WAB입니다.
오늘은 배터리 열화가 왜 폐배터리 분야에서 중요한지 살펴보겠습니다.
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자 그럼 오늘도 시작해 보겠습니다!

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배터리 열화의 이해가 필요한 이유 : 폐배터리 진단 기술에 활용되기 때문

먼저, 폐배터리 시장의 성장 전망은?

폐배터리 시장은 앞으로 크게 성장할 것으로 예상됩니다.
전망에 따르면, 글로벌 전기차 폐차 대수는 ‘25년 60만 대 수준에서 ‘40년에는 4,200만 대 수준으로 연평균 33%의 높은 성장률을 보일 것으로 예상하고 있습니다.
따라서 이에 따라 폐배터리 발생량도 ‘25년에는 40 GWh 정도로 발생하겠지만, ‘40년에는 3,300 GWh 굉장히 많은 폐배터리가 나올 것으로 전망하고 있습니다.

전기차 폐차대수 및 폐배터리 발생량 전망 (SNE Research 및 저자편집)

1 GWh의 배터리를 생산하기 위해서 들어가야 하는 비용(소재, 에너지, 인건비, 기타 OPEX 포함) 은 대략 80 M $ ~ 116 M $로 1,100 억 원 ~ (1380원/$로 계산) 1,600 억 원 수준이 필요하다고 생각하면 3,300 GWh가 정말 어마어마한 양임을 알 수 있습니다.

'23년 8월 기준 지역별 NCM811 셀 cost 분석 (Fastmarkets)

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폐배터리 진단은?

폐배터리는 배터리 진단을 통해 재사용 여부를 결정합니다. 배터리의 열화 상태에 따라 에너지 저장 시스템(ESS) 등 다른 용도로 재조립하거나 재제조를 선택합니다. 
따라서 배터리 열화에 대한 이해는 폐배터리의 효율적인 재활용을 위해 꼭 필요한 부분인 것이죠.
열화 상태에 따라 재사용 가능한지, 재제조가 필요한지를 판단하게 되며, 이를 통해 배터리의 수명을 최대한 연장하고 경제성과 환경 보호 측면에서 큰 이점을 얻을 수 있습니다.
폐배터리를 재사용하는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다.

1. 모듈·셀 단위로 선별·재조립하는 방법
2. 배터리 팩 단위 그대로 재사용하는 방법

1. 모듈과 셀 단위로 선별·재조립하는 경우 불량 모듈과 셀을 선별하고 용도에 맞게 ESS를 재구성할 수 있으나 추가 가공시간 및 비용이 소요, 안전확보 과정이 필요하죠.
2. 반면, 배터리 팩 단위 그대로 재사용하는 경우에는 안전하고 비용절감이 가능하지만 배터리 팩 비표준화로 용량 확대를 위해서는 설계적인 제약이 존재합니다. 

폐배터리 재사용 및 재활용 프로세스

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전기차 폐배터리 산업 Value Chain

폐배터리의 재사용 및 재제조 과정을 통해 경제적 이익과 환경 보호를 동시에 달성할 수 있습니다. 전기차의 사용 후 배터리 산업 밸류체인은 배터리 배출, 분리/보관, 검사/평가, 재사용/재제조/재활용의 단계를 거쳐 완성됩니다. 이를 통해 폐배터리의 효율적인 재활용이 가능하며, 지속 가능한 전기차 생태계를 구축할 수 있습니다.
폐배터리를 재사용하기 위한 과정은 다음과 같습니다.

1. 배출: 전기차 소유주는 사용 종료로 폐차하거나 고장 수리 및 정비를 위해 정비업체에 맡기는 형태로 배터리를 배출하게 되는데, 전기차 구매 시기 및 보조금 수령(지자체 반납 대상) 여부에 따라 중고차 판매제한(보조금 지급 차량은 2년간의 의무 운행 기간 이후 가능)이 될 수 있습니다. (참고로, '21년 이후 전기차 구매자의 배터리 반납 의무가 폐지됨)
   
   
2. 분리/보관: 폐차업체, 정비업체 등에서 배터리를 분리하여 보관하며, 반납 대상 배터리의 경우 지자체 등에 반납할 수 있고, 반납 의무 없는 배터리는 성능검사 및 평가 이후에 판매 가능합니다.
   
   
3. 검사/평가: 페차업체 및 지자체 등에 보관된 배터리는 민관 검사기관에서 성능검사 및 평가를 진행해야 하는데, 잔존수명 값을 나타내는 SOH를 기준으로 80% 이상은 재사용, 65~80%는 재제조, 65% 미만일 경우 재활용 대상 배터리로 분류됩니다. ▶ 바로 이 부분에서 배터리 열화기반 진단이 들어갑니다.

폐배터리 산업 flow (한국전지산업협회)

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재사용

재사용은 배터리 잔존수명 80% 이상인 배터리를 다시 교체용으로 전기차에 사용하거나 팩 그대로 ESS에 적용하는 산업으로, 교통사고 등으로 배터리의 상태가 초기성능과 동일한 수준인 배터리나 양호한 운행조건에서 보증기간이 만료된 전기차 배터리가 대상입니다.
또한 전기차 배터리 팩 자체를 활용하는 것으로 해체, 재조립 등의 공정이 불필요하여 추가적인 비용이 발생하지 않는데, 팩 단위 성능 안전성 평가는 필수적으로 이루어져야 하며, 재사용 용도(사양)에 맞는 새로운 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)을 연결하는 등의 공정이 꼭 필요합니다.

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재제조

재제조는 잔존수명 65~80%의 배터리 팩을 모듈 단위로 성능 안전성 평가를 진행한 후, 모듈 수준에서 재구성하여 새로운 BMS와 연결해 다른 제품에 적용할 수 있습니다.
배터리 기능을 필요로 하는 다양한 제품에 적용 가능하며, 해당 제품의 제조 원가를 절감할 수 있다는 장점 보유하고 있어 ESS, 휴대용(캠핑용) 전원장치, 전동 휠체어, 전기 이륜차, 전기 보트, 소형 카트(농사용, 골프), 태양광 가로등 등 제조에 활용 가능합니다.

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다음 시간에는..

재활용 관련 시장에 관해 적어보도록 하겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
재사용 관련 시장에 관해서는 아래 글을 참고하세요~

폐배터리 재사용(Reuse) : 시장성과 실증사례

 
폐배터리의 중요 기술과 대표 공정에 관해서는 아래 글에서 확인하실 수 있습니다.

폐배터리 재활용(Recycling) : 중요 기술 4가지

 

폐배터리 재활용(Recycling) : 대표 공정 3가지

 
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Dr. WAB