우리의 일상 생활에서 빼놓을 수 없는 배터리는 다양한 폼팩터를 가지고 있습니다. 가장 대표적인 형태인 원통형 배터리, 얇고 평평한 파우치 배터리까지 여러 종류가 존재합니다. 이러한 배터리는 모양뿐만 아니라 제조 방식에서도 큰 차이를 보이는데요. 때문에 쓰임에 따라서 각각의 특성에 맞는 폼팩터를 사용할 수 있습니다. 이번 시간에는 인포그래픽을 통해 원통형 배터리와 파우치 배터리의 특징을 살펴보겠습니다.
배터리계의 순정 폼팩터, 원통형 배터리
우리가 흔히 접할 수 있는 배터리의 형태로는 둥근 실린더 모양의 원통형 배터리를 꼽을 수 있습니다. 현재 원통형 배터리에는 표준화된 ‘18650’과 ‘21700’가 널리 쓰이며, 차세대 배터리로 ‘46시리즈’ 배터리가 주목받고 있죠. 여기서 18650, 21700는 원통형 배터리의 이름이면서 규격을 의미하는데요. 18650는 지름 18mm, 높이 65mm 사이즈이며, 21700는 높이 70mm, 지름 21mm, 46시리즈 배터리는 지름 46mm의 규격을 갖추고 있습니다.
원통형 배터리는 롤을 돌돌 마는 듯한 ‘와인딩 방식’으로 제조됩니다. 먼저 와인더(Winder)라는 장비를 사용해 양극 롤 1개, 음극 롤 1개, 그리고 분리막 롤 2개를 장착해 맨드릴(Mandrel)에 감아 젤리롤을 만듭니다. 그 다음 젤리롤을 양극 무지부에는 알루미늄 탭을, 음극 무지부에는 구리 탭을 붙여 용접합니다. 탭 모양 가공 후, 원통형 배터리 캔 안에 젤리롤을 삽입해 위아래 단자에 용접해 고정합니다. 마지막으로 캔을 진공 상태로 만들어 전해액을 넣은 뒤 밀봉해 마무리합니다.
이러한 원통형 배터리에는 어떤 특징이 있을까요? 원통형 배터리는 많은 양을 빠르게 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 가장 오래된 폼팩터이기 때문에 표준화된 규격에 맞는 설비를 충분히 갖추고 있어 가능하죠. 또 원통형 배터리는 안정적인 구조를 갖추고 있습니다. 단단하고 두꺼운 캔(Thicker Can)이 외부를 감싸고 있기 때문에 높은 안정성을 자랑합니다. 마지막으로 배터리의 크기가 커지면 커질수록 에너지 저장 용량도 증가하는데요. 쓰임에 따라서 18650, 21700, 46시리즈 배터리 중 알맞은 원통형 배터리를 선택할 수도 있습니다.
얇고 평평한 소재로 효율을 자랑하는 파우치 배터리
파우치 배터리는 원통형처럼 소재를 두루마리 휴지를 마는 것과 달리 소재들을 층층이 쌓아서 평평한 파우치 케이스에 넣은 형태입니다. 이러한 파우치 배터리는 LG에너지솔루션의 독자적인 기술인 라미네이션 & 스태킹 방식으로 만들어지죠.
먼저 파우치 케이스 포켓에 소재를 넣기 위해 전극과 분리막 여러 개가 결합한 배터리의 기본 단위 모노셀(Mono-Cell)을 제조합니다. 모노셀은 ‘분리막-중앙 전극-분리막-외곽 전극’과 같은 적층 구조의 형태을 갖추고 있죠. 이를 위해서는 먼저 라미네이션(Lamination)을 통해 양극, 음극, 분리막을 정렬하고 접착시키는 것이 필요한데요. 이후 ‘스태킹(Stacking)’ 작업을 통해 모노셀을 반복적으로 쌓아 올리고 마지막에 하프셀을 쌓아 올리면 ‘스택셀’이 만들어집니다.
만들어진 스택셀에 리드를 용접하고, 파우치 필름을 압착해 스택셀을 삽입 및 조립한 뒤 가스 포켓을 통해 전극 포켓의 기공까지 전해질을 주입 후 밀봉하면, 파우치 배터리의 형태를 갖추게 됩니다.
파우치 배터리는 소재를 쌓아서 만드는 방식 덕분에 여러 장점을 확보할 수 있습니다. 파우치 케이스는 필름 재질로 압착해 제작되고, 그 안에 들어갈 소재들도 밀도를 최소화하는 방향으로 쌓는데요. 이러한 방법으로 얇고 평평한 파우치 형태를 갖추기 때문에 더 많은 셀을 채울 수 있어, 부피 대비 에너지 밀도가 높습니다. 또 알루미늄 필름 소재의 파우치를 활용했기 때문에 배터리 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 마지막으로 고객의 니즈나 탑재되는 애플리케이션에 필요한 모양과 크기를 고려해 맞춤형 사이즈 제작 가능합니다.
지금까지 원통형 배터리와 파우치 배터리를 비교해보았습니다! 제조 공정부터 생김새까지 다르지만, 각각의 장점을 갖추고 있는 것을 확인할 수 있었습니다. 다음시간에도 인포그래픽을 통해 쉽고 재밌게 배터리에 대해 설명해 드리겠습니다!