배터리 팩(Pack)은 일반적으로, 수많은 배터리 셀(Cell)을 조립해 모듈(Module)로 만든 뒤, 여러 개의 모듈들을 연결하여 완성합니다.
그런데 만약, 모듈 단계를 생략한다면 어떻게 될까요? 모듈을 위한 부품이 차지하는 곳이 사라지고, 그 공간을 배터리 셀들이 차지하게 되면서 더 높은 에너지 밀도를 확보할 수 있게 되는데요. LG에너지솔루션은 바로 이 발상을 실현하기 위해 CTP(Cell-To-Pack) 기술을 개발하며 새로운 혁신을 만들어가고 있습니다.
‘Making Every Possibility’ 시리즈에서는 이러한 혁신을 만들어가는 주인공들을 만나봅니다. 이번 편에서는 팩제품 기술팀에서 선행공정을 맡고 있는 이재철 님을 소개합니다.
Q. 자기소개와 함께 공정에 대해 설명 부탁드립니다.
안녕하세요! 저는 팩제품 기술팀에서 선행공정 업무를 담당하고 있는 이재철입니다. 오늘 제가 소개해드릴 LG에너지솔루션의 핵심 기술은 바로 CTP입니다.
CTP는 셀투팩(Cell-to-pack)의 줄임말입니다. 보통 배터리 팩(Pack)은 셀(Cell)에서 모듈(Module), 모듈에서 팩 단계를 거치는데요. 반면 CTP는 중간 모듈 단계를 생략하고, 셀을 팩에 바로 조립하는 공정 기술입니다.
Q. 기존 기술과 가장 큰 차이점은 무엇인가요?
가장 큰 차이는 제조공정에 있습니다. 기존의 MTP(Module-To-Pack) 기술은 셀을 모듈 프레임 내 삽입하고 고정한 후 팩에 넣는 방식이었습니다. CTP는 셀을 하나씩 적층해 곧바로 팩에 넣는 방식입니다.
*(인포그래픽#8) 배터리 만들기 STEP. 4 – 팩 공정(MTP) 보러가기
책을 이용해 CTP 기술에 대해 쉽게 설명해볼텐데요. 책을 셀, 작은 박스를 모듈, 큰 박스를 팩이라고 가정해보겠습니다. 여러 권의 책을 소포장해서 작은 박스에 넣은 뒤, 큰 박스에 보관하는 방식이 바로 MTP입니다. 여기서 중간 단계인 소포장을 제거하고, 책을 직접 큰 박스에 쌓는 방식이 CTP 방식이라고 할 수 있습니다.
Q. 모듈 케이스를 사용하지 않고 셀을 적층했을 때 어떤 이점이 있나요?
아무래도 모듈 부품들이 차지하고 있던 공간들이 사라지고 해당 공간에 더 많은 셀을 탑재할 수 있기 때문에 공간 활용률이 좋아집니다 MTP 같은 경우는 약 40~50% 정도의 공간 활용률을 가지고 있는 반면에 CTP는 약 65~72%로 확대되어 높은 에너지밀도를 확보할 수 있죠.
Q. CTP 상용화에 있어서 가장 해결해야 했던 과제는 무엇인가요?
중간 모듈 단계가 사라진 CTP 구조에서 가장 큰 과제는 셀을 안정적으로 접합하고, 설계된 크기와 배열을 흐트러지지 않게 치수를 유지하는 것이었습니다.
셀의 간격과 모양을 균일하게 맞춰 전체 팩이 설계된 크기와 형태를 정확히 지켜야 했는데요. 이를 위해 LG에너지솔루션은 셀 블록 측면을 가압1해 모양을 고정하고, 상부 공간을 흡착해 자동으로 셀을 로딩하는 셀 유닛 로딩 공정2을 개발했습니다. 만약 이런 기술이 개발되지 못했다면 파우치형 CTP 기술을 상용화하는데 많은 어려움이 있었을 것으로 예상됩니다.
Q. LG에너지솔루션의 CTP 기술의 차별점은 무엇인가요?
LG에너지솔루션은 세계 최초로 파우치형 배터리 팩에 CTP 기술을 도입했습니다. 파우치형 배터리 팩이 갖는 구조적 효율성에 에너지밀도를 극대화함으로써 LG에너지솔루션만의 강점을 가질 수 있었다고 생각합니다.
또 생산 측면에서는 MTP 공정 대비 CTP 공정 수는 약 26% 절감되었고, 투자비는 19.2% 감소했는데요. 결과적으로 생산 공정의 간소화 생산 비용의 절감 효과를 얻을 수 있었죠.
Q. CTP 기술은 전기차를 넘어 다른 분야에도 활용될 수 있을까요?
CTP 기술은 전기차 외 다양한 분야에도 적용될 수 있습니다. 주로 고용량·고출력 배터리에 적용하기 위해 많은 검토들이 이뤄지고 있습니다. 구체적 예로는 고용량 ESS(에너지저장장치)처럼 높은 에너지밀도 및 높은 공간 활용률이 요구되는 배터리 프로젝트에 CTP를 적용하기 위해 수많은 연구 활동이 진행되고 있습니다.
파우치 배터리 분야의 혁신 기술인 CTP. CTP는 단순히 공정 효율화를 넘어, 에너지 밀도를 획기적으로 높여 배터리 분야에 새로운 가능성을 열어갈 것으로 예상되는데요. LG에너지솔루션은 앞으로도 CTP를 비롯한 다양한 공정 기술을 개발해 나가겠습니다. CTP에 대해 보다 자세한 내용이 궁금하다면 아래 기사를 클릭해 주세요!
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