가격까지 잡아야 차세대 배터리
배터리에서 ‘가격’은 경쟁력이다. 전기차 가격은 배터리 팩의 단가가 약 100달러/kWh 수준으로 하락하면서 내연기관차 가격과 유사한 수준을 보이고 있다. 이는 원자재 가격 안정과 대량 생산, 공정 기술 고도화가 맞물린 결과다. 이러한 변화 속에서 SK온은 셀투팩(Cell to Pack, CTP)과 건식 전극 기술을 중심으로 가격 경쟁력을 강화하고 있다. 이번 편에서는 SK온의 4대 R&D 과제의 네 번째 주제, ‘셀투팩’을 집중 조명한다.
셀투팩? 모듈 없이 바로 팩으로!
배터리 제조에서 공정 단축은 곧 비용 절감을 의미한다. 기존 전기차 배터리는 셀을 묶어 모듈을 만들고, 그 모듈을 조립해 팩을 구성한다. 반면 ‘셀투팩(Cell to Pack, CTP)’은 이름 그대로 모듈 단계를 생략하고 셀 => 팩으로 바로 조립하는 방식이다. 이 방식은 다음과 같은 이점을 갖는다.
1) 공간 활용 극대화: 모듈이 사라지면서 동일한 크기의 팩에 더 많은 셀을 탑재할 수 있다.
2) 에너지 효율 향상: 셀 탑재량 증가로 에너지 밀도와 주행거리가 향상된다. 또한 모듈 제거로 전체 중량이 줄어 배터리 경량화에도 유리하다.
3) 비용 절감: 공정 단계 축소로 인건비∙생산비가 절감되며, 모듈 관련 비용 또한 줄어든다.
강화된 안전 기준과 셀투팩의 부상
시장조사기관 360i 리서치에 따르면 셀투팩 시장은 연평균 26.43% 성장해 2032년에는 약 2,775억 달러(한화 약 375조 원) 규모에 이를 전망이다. 셀투팩이 최근 주목받는 이유는 전 세계적으로 열확산(Thermal Propagation, TP)에 대한 안전 기준이 강화되고 있기 때문이다. 2020년 중국 GB 38031을 시작으로 유럽 UN R100, 미국 FMVSS No.305a 등 주요 국가는 전기차 배터리 안전 기준에서 열확산 기준을 크게 강화했다.
강화된 기준을 충족하기 위해 단열재와 보강재 등이 추가되면서 배터리 팩은 더 복잡하고 무거워졌다. 이러한 변화 속에서 기존 모듈 기반 팩 설계만으로는 안전성과 공간 효율성을 동시에 개선하기가 어려워졌다. 셀투팩은 강화된 열확산 기준을 충족하면서도 공정을 단순화해 제조 비용을 낮춰 가격 경쟁력까지 확보할 수 있다.
특히 최근에는 파우치형 셀 기반의 셀투팩이 주목받고 있다. 파우치형 셀은 외형 제약이 적고 셀을 자유롭게 배치할 수 있어 공간 활용성이 높다. 그래서 셀투팩과 시너지가 극대화되면서 에너지 밀도 증대와 경량화를 동시에 구현할 수 있다.
파우치형 셀투팩의 기술 고도화
SK온은 미래기술원 산하에 전담 TF를 구성해 파우치형 셀투팩 기술을 고도화하고 있다. 유연한 알루미늄 파우치 필름을 활용해 외형 제약을 줄여 공간 활용성을 높이고 경량화에 유리하도록 설계했다. 또한 셀 사이에 단열재를 배치해 열확산을 제어하며, 셀투팩 기술로 외부 충격으로부터 셀을 보호하는 역할까지 하도록 했다.
대면적 냉각 기술로 완성하는 차세대 셀투팩
SK온은 하부 냉각, 액침 냉각 등의 다양한 셀투팩 구조를 개발해왔다. 여기에 독자적인 기술을 더해 업계 최초 ‘대면적 냉각 기반의 파우치형 셀투팩’을 구현하며 포트폴리오를 확장 중이다. 이 기술은 셀 사이에 단열재 대신 알루미늄 냉각판을 삽입해 열을 빠르게 흡수·분산시키는 동시에 지지대 역할까지 하도록 했다. 이를 통해 높은 공간 활용률과 구조적 강성, 우수한 냉각 성능을 모두 확보한 것이 특징이다.
4대 R&D 과제로 완성하는 배터리 혁신
SK온은 4대 R&D 과제를 통해 배터리의 안전성과 가격 경쟁력을 동시에 강화하고 있다. ‘고체 배터리’와 ‘열확산 방지 솔루션’ 기술로 안전 기준을 높이고, ‘건식 전극’ 기술과 ‘셀투팩’으로 가격 경쟁력까지 확보하며 미래 배터리 기술의 기준을 만들어가고 있다. 총 1~4편으로 살펴본 SK온의 기술 여정은 미래 글로벌 배터리 시장의 중요한 이정표가 될 것이다.
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- [Battery Deep Dive] SK온 4대 R&D ②편: 열확산 방지 솔루션 – 셀에서 팩까지, 안전성의 진화
- [Battery Deep Dive] SK온 4대 R&D ③편: 건식전극 – 셀에서 팩까지, 가격 경쟁력의 혁신
