테슬라는 왜 4680배터리를 채택했을까?

목차

1. 이차전지 배터리의 원리

2. 테슬라는 왜 원통형 배터리를 고집할까?

3.18650, 21700 말고 왜 4680인가?

 

 

리튬이온 전지 개념도 출처: 포스코 뉴스룸

 

 

 

1. 이차전지의 원리

충전하는 동안 배터리에 전압이 가해질 때 양극으로부터 (+)양으로 대전 된 리튬 이온이 전극끼리는(양극,음극) 못 만나게 하고 이온만 지나갈 수 있도록 작은 구멍들이 뚫려 있는 '분리막'을 통과하여 음극 쪽으로 이동합니다. 리튬이온들이 음극재에 붙어있으면 리튬금속이 되는데 이때가 완충 상태로 우리 스마트폰이 100%가 되어있는 상황입니다. 반대로 방전을 시키게 되면 음극에 붙어 있는 리튬 금속들이 다시 리튬 이온으로 변환되어 음극에서 양극으로 이동합니다. 이때 회로 내 전자의 이동은 우리가 사용할 전류를 만들어내는데 이때 발생하는 에너지로 전기차를 움직이고, 스마트폰을 사용하고, 노트북을 사용할 수 있게 됩니다.

 

 

 

2. 테슬라는 왜 원통형 배터리를 고집할까?

 

배터리 유형별 특징. 출처: 프라임경제

위 사진에서 보이시는 거와 같이 원통형 배터리의 장점은 높은 안정성과 저렴한 비용입니다. 아무래도 오래된 기술인 만큼 특허도 매우 많이 풀려있어서 가격이 저렴해지고, 기술이 오래되어서 양산 속도에 있어서는 아직 따라올 수가 없다고 생각합니다. 제가 영상으로 봤었던 파우치형 배터리 생산 과정은 원통형 배터리에 비해서 아주 느렸습니다. 파우치는 한 개씩 포개어서 만든다면 원통형 배터리는 빠른 속도로 돌돌 말아서 생산하니 생산 속도에 있어서 비교되지 않았습니다. 테슬라가 원통형 배터리를 고집하는 이유 중의 하나가 바로 이 양산 속도라고 생각이 됩니다.

 

배터리가 빠르게 양산이 되면 장점 중의 하나가 더 많은 자동차를 생산할 수 있게 됩니다. 테슬라는 수요량이 공급량을 훨씬 앞지르는데요. 그 수요가 감당이 안 되는지 사이버트럭의 예약이 300만대를 돌파하자 테슬라에서는 예약할 수 있는 버튼을 없애 버렸습니다.

테슬라 사이버트럭 출처: 테슬라

저는 테슬라의 차량 생산을 발목을 잡는 것 중 하나가 배터리라고 생각됩니다. 차체를 만드는 것은 문제 될 일이 없지만, 배터리는 최근 들어 급격히 수요량이 늘고 있고 앞으로 더 늘어날 예정이라서 전기차를 생산하는 테슬라 입장에서는 여간 걱정거리가 아닙니다. 그래서 더욱더 양산이 빠른 배터리가 필요하게 됩니다.

 

 

3.18650, 21700은 제외하고 왜 4680인가?

원통형 배터리는 부피당 에너지 밀도가 높지만, 다른 형태에 비해 셀당 용량이 상대적으로 작아 원통형 배터리를 전기차에 장착하기 위해선 매우 많은 배터리를 하나로 묶어야 합니다. 수많은 배터리를 일일이 용접하다 보면 시간이 굉장히 오래 걸리겠지요?

배터리 모델별 전지, 특성들 출처: https://techtricity.substack.com

18650 배터리의 경우에는 한 차량당 7104개의 배터리가, 21700 배터리는 4416개의 배터리가, 4680으로 하면 차량당 단지 960개의 배터리만 있으면 됩니다. 18650으로 한다면 7104번 용접해야 할 것을 4680 배터리로 한다면 960번만 용접하면 되기 때문에 더 빨리 더 많이 생산을 할 수 있다는 장점이 있습니다. 그뿐만 아니라 그만큼 부품이 덜 들어가기 때문에 배터리팩 전체의 무게를 감소시킬 수가 있고 이는 차량 주행거리의 증가로 이어집니다.

배터리 모델별 전지, 특성들 출처: https://techtricity.substack.com

위 표를 보시면 배터리 셀당 용량이 점점 커지면서 에너지 밀도가 높아지고, 용량당 가격이 낮아지는 효과를 보게 됩니다. 18650 배터리 대비 2배 이상 저렴해지는 것입니다.