전기차 시장이 급성장하면서 배터리 기술에 대한 관심도 함께 높아지고 있습니다. 단순히 주행거리나 가격만으로 전기차를 선택하던 시대는 지나갔습니다. 이제는 배터리의 형태, 종류, 안전성까지 종합적으로 고려해야 하는 시점입니다. 전기차 배터리는 충전이 가능한 2차 전지가 장착되며, 이 2차 전지의 형태와 종류에 따라 차량의 성능과 안전성이 크게 달라집니다.
전기차 배터리의 형태별 특징과 장단점
전기차에 사용되는 배터리는 형태에 따라 원통형 배터리, 각형 배터리, 파우치형 배터리 세 종류로 구분됩니다. 각각의 형태는 고유한 특징과 장단점을 가지고 있어 제조사들이 차량의 목적과 가격대에 맞춰 선택적으로 적용하고 있습니다.
원통형 배터리는 주변에서 흔히 볼 수 있는 AA 건전지와 같은 둥근 형태의 배터리를 말합니다. 가장 전통적인 방식의 배터리라고 볼 수 있으며, 일정한 크기로 대량 생산하기에 좋고 다른 형태의 배터리보다 원가 부담이 낮다는 장점이 있습니다. 테슬라가 자체적으로 생산하는 원통형 3원계 배터리가 대표적인 사례입니다. 하지만 아무래도 둥근 형태로 인해 공간 활용도가 뛰어나지 못하다는 점, 그리고 수명이 짧다는 단점이 있습니다.
각형 배터리는 알루미늄 소재의 사각형 형태 배터리를 말하는데, 사각형의 형태 자체로 인해 공간 활용도가 뛰어나고 알루미늄 케이스이기 때문에 내구성도 좋습니다. 때문에 사고가 발생하더라도 잘 견딜 수 있다는 안전성 측면의 이점이 있습니다. 그러나 무게가 많이 나간다는 점, 크게 만들기 어렵다는 점, 열이 잘 방출되지 않는다는 등 고질적인 문제 또한 가지고 있습니다.
파우치형 배터리는 소재가 필름으로 된 특징을 가지고 있습니다. 소재를 쌓은 후 패키징하는 형태라서 에너지의 밀도가 다른 배터리에 비교해 높으며, 형태의 제약이 앞서 설명드린 원통형, 각형과 비교해 다양한 형태의 모양으로 제작할 수 있습니다. 현대기아의 E-GMP 기반 차량들은 모두 파우치형 3원계 배터리가 사용되고 있습니다. 다만 복잡한 제조공정과 비싼 단가, 그리고 열 관리가 어렵다는 단점을 가지고 있습니다. 이러한 형태별 차이는 결국 차량의 제조 원가, 공간 효율성, 그리고 안전성에 직접적인 영향을 미치게 됩니다.
LFP와 3원계 배터리의 종류와 성능 차이
배터리의 형태뿐만 아니라 화학적 조성에 따른 종류도 전기차 성능을 결정하는 핵심 요소입니다. 현재 전기차 시장에서 주로 사용되는 배터리는 LFP 배터리와 3원계 배터리로 나뉩니다.
LFP 배터리는 리튬 인산철을 사용한 배터리로 가격이 저렴하다는 것, 수명이 길다는 것, 350도 이상의 고온에서도 폭발하지 않아 안정성이 뛰어나다는 장점이 있습니다. 반면 에너지 효율이 낮아 주행거리가 짧고 출력이 약하며 추위에 약하고 무게가 무겁다는 단점이 있습니다. 하지만 최근 기술의 진화로 에너지 밀도가 향상되면서 효율이 좋아짐에 따라 가격 경쟁력에서 우위를 점하기 위해 정말 많은 자동차 제조 업체에서 이를 활용한 저가형 전기차를 생산하는 모습을 볼 수 있습니다. 한 가지 특징으로는 전체 생산량 중 90% 이상이 중국에서 생산되고 있어 중국산 배터리로 불리곤 합니다.
LFP 배터리를 사용한 전기차로는 볼보 EX30이 있으며 WLTP 기준 한 번 충전으로 약 344km 주행이 가능합니다. 테슬라는 대표적으로 모델 Y RWD 모델이 있는데, 모델 Y RWD는 한 번 충전으로 350km 주행이 가능합니다. 모델 Y RWD 모델은 전기차 보조금 100% 지원받을 수 있는 가격으로 출시되면서 한때 대란이 있기도 할 정도로 인기가 많았던 모델이기도 합니다. 국내 출시 예정인 테슬라 모델 3 RWD 또한 LFP 배터리가 탑재된다고 하며, 모델 3 RWD는 한번 충전으로 약 402km 주행이 가능할 것으로 예상됩니다. 국내 차량으로는 KG 모빌리티 토레스 EVX, 기아 레이가 있습니다. 레이는 한번 충전으로 약 210km 주행이 가능하며, KG 모빌리티의 토레스 EVX는 한번 충전으로 약 433km 주행이 가능합니다.
3원계 배터리는 니켈, 망간, 코발트, 알루미늄을 섞어 만든 배터리를 말하는데, 원소 이름을 따서 NCM, NCA, NCMA 같은 이름으로 불립니다. 3원계 배터리는 에너지 밀도가 높아서 1회 충전 주행 거리가 길고 충전 속도가 빠르며 여러 번 충전해도 효율이 크게 떨어지지 않는다는 장점이 있습니다. 하지만 니켈과 코발트가 희귀 금속이라 원자재 가격이 비싸다는 것, 그리고 안정성이 LFP 배터리에 비해 떨어진다는 단점이 있습니다. 그러나 LFP 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문에 더 진보된 기술이라고 볼 수 있습니다.
3원계 배터리를 사용하는 차량은 벤츠의 EQC, EQA, EQB, EQS, BMW i3, i4, iX, 아우디의 e-tron, e-tron GT, Q4 e-tron과 같은 수입 차량 대부분을 차지하고 있습니다. 국내 브랜드는 현대의 아이오닉 5와 아이오닉 6, 포터 2 일렉트릭, 코나 등과 같은 모델이 있고, 기아는 EV6, EV9, 봉고 3 EV, 니로 EV와 같은 대부분의 모델들이 있습니다. 제네시스에 G80 전기차, GV70 전기차, GV60과 같은 차량들이 3원계 배터리가 사용되고 있습니다.
배터리 안전성 비교와 현명한 선택 기준
전기차 배터리 선택에 있어 가장 중요하게 고려해야 할 요소는 바로 안전성입니다. 주행거리나 충전 속도도 중요하지만, 배터리의 열폭 현상으로 인한 화재 위험성은 생명과 직결된 문제이기 때문입니다. 어떤 제조사의 어떤 모델의 전기차를 구매할지 정하는 것도 중요하지만, 각 제조사 및 차량에 따라 적용되는 배터리가 다르다는 점을 인식해야 합니다.
모델에 따라 적용된 배터리의 수명과 성능, 그리고 열폭 현상으로 인한 화재 위험성까지 고려해서 차량을 선택하는 게 중요합니다. LFP 배터리의 경우 350도 이상의 고온에서도 폭발하지 않는 뛰어난 안정성을 자랑하지만, 3원계 배터리는 에너지 밀도가 높은 만큼 열 관리에 더 신경을 써야 하는 특성이 있습니다. 특히 파우치형 배터리의 경우 열 관리가 어렵다는 단점이 있어 제조사의 배터리 관리 시스템(BMS) 기술력이 더욱 중요해집니다.
최근 중국산 LFP 배터리가 시장에 진출하면서 올해 전기차 보조금 책정에 있어서도 LFP 배터리가 탑재된 전기차에는 불이익을 주는 항목이 다수 포함되었다고 합니다. 그 근거로는 무게가 더 가벼우면서 에너지 출력이 더 큰 배터리가 더 높은 보조금을 받는 구조를 지향하기 때문이라고 합니다. 이런 결과는 LFP 배터리를 장착하는 전기차에 불리하게 작용하기 때문에 구매 결정 시 보조금 정책까지 함께 고려해야 합니다.
앞서 LFP 배터리 차량들의 주행 거리를 보면 기존 차량들보다 주행거리가 짧은 감을 느낄 수 있습니다. 그러나 토레스 EVX나 테슬라 모델 3 RWD의 주행 거리를 보면 확실히 LFP 배터리의 기술이 진보했다는 것을 느낄 수 있습니다. 결국 될 수 있으면 저렴한 배터리를 적용한 것보다 안전하게 제조된 배터리를 적용한 차량을 선택하는 게 좋지 않을까 합니다. 단순한 가격 비교를 넘어서 배터리의 화학적 안정성, 제조사의 기술력, 그리고 장기적인 수명과 유지비용까지 종합적으로 판단해야 합니다.
전기차 배터리 기술은 빠르게 진화하고 있으며, LFP와 3원계 배터리 모두 각자의 영역에서 발전을 거듭하고 있습니다. 소비자 입장에서는 자신의 주행 패턴, 예산, 그리고 무엇보다 안전성을 최우선으로 고려하여 신중하게 선택해야 합니다. 배터리는 전기차의 심장이자 가장 큰 비용 요소이므로, 충분한 정보 습득과 비교 분석을 통해 현명한 구매 결정을 내리시기 바랍니다. 기술의 발전과 함께 보조금 정책도 계속 변화하고 있으니, 구매 시점의 최신 정보를 반드시 확인하는 것이 필요합니다.
[출처]
영상 제목/채널명: https://youtu.be/5bYsmx17UE4?si=e0d7Qiru0D6QSrCS