전기차 파우치셀의 이해 (구조, 장점, 단점)

현재 전기차 시장에는 원통형, 파우치형, 각형셀이 나와 총 3가지 셀이 경쟁하고 있다. 선발주자인 테슬라는 원통형을 선택하였지만, 후발주자인 현대, 기아, 폭스바겐, 포드등 자동차 회사들은 에너지밀도가 상대적으로 높은 장점이 있기 때문에 파우치셀을 많이 선택하지만, 그에 따른 단점도 존재한다. 이번 포스팅에서는 파우치셀의 구조 및 장점과 단점을 이야기하고자 한다.

 

 

 

아래 그림은 파우치형배터리의 구조를 나타낸다. 양극 분리막 음극이 stack으로 쌓아여있는 구조로 되어있다.

파우치형 배터리 구조 ( 출처 : Journal of Energy Storage 27 (2020) 101016)

파우치형셀은 위와 같은 stack 구조를 갖기 때문에 원통형이나 각형에 비해 공간효율이 높아 에너지밀도가 높다. 에너지밀도는 크게 중량당에너지밀도 (kWh/kg)와 부피당에너지밀도 (kWh/L)로 구분할 수 있다. 현재 전기차시장에서 모든 자동차회사들의 필요조건은 높은 에너지밀도이다. 중량당 에너지밀도의 경우 파우치형을 사용할 경우 내부 배터리를 보호하는 각형, 원통형의 스테인리스나 알루미늄 재료가 덜 들어가기 때문에 무게가 더 많이 나가게 된다. 따라서 파우치형을 선택할 경우 중량당 에너지밀도를 높일 수 있다. 부피당 에너지밀도도 마찬가지다. Dead space가 상대적으로 없는 최적화된 구조이기 때문에 더 높은 부피당 에너지밀도를 갖는 장점이 있다. 

 

 

배터리 타입형 시장점유율 (출처 : SNE 리서치)

배터리 타입별 시장에서 사용되는 비중 표이다. 2018년~2020년으로 거듭될 수록 원통형과 각형셀은 비중이 줄어드는 반면 파우치형셀은 점진적으로 증가하고 있다. 이 결과는 자동차 업체들이 에너지밀도를 높이기 위해 원통형이나 각형보다 파우치형을 선호한다는 것을 알 수 있다. 

 

하지만 이런 파우치형셀도 단점은 존재한다. 상대적으로 수준 높은 기술력을 요구하기 때문에 공정단가가 높다. 또한 생산성이 원통형과 각형에 비해 상대적으로 낮다. 각형이나 원통형과 같이 외장 보관 케이스가 없다보니 충격에 상대적으로 약한 단점 또한 존재한다. 전기차의 화재가 가장 큰 문제점으로 꼽히고 있는데, 이러한 충격에 약하다면 셀 내부 leak가 발생하여 바로 화재로 이어지는 문제가 발생할 거라 생각한다.