“엄청 팔리겠네” 테슬라, 현대차보다 우월한 ‘이것’

테슬라 4680 배터리 1천만 개 생산 달성
높은 에너지 밀도와 생산효율에 주목
생산 도중 병목현상, 해결 후 순항 중

테슬라, 배터리 1천만 개 생산

자동차 매체 일렉트렉에 따르면, 테슬라가 4680 원통형 배터리를 1천만 개 생산했다고 보도했다. 4680 배터리는 기존 2170 배터리보다 높은 에너지 밀도로 긴 주행거리를 자랑한다. 4680 배터리는 지름 46mm, 길이 80mm의 원통형 배터리로, 기존 1865 배터리보다 에너지 밀도가 5배 높다. 그리고 제조 비용절감이 가능하다. 최초 적용 모델은 신형 모델Y로, 이론상 배터리 가격을 50%가량 줄일 수 있다고 한다.

한편 4680 배터리는 시작부터 원활하지 않았다. 대량 생산 과정에 병목 현상이 발생해, 생산 수량을 폭발적으로 늘리기 어려웠기 때문이다. 하지만 최근 이 문제를 해결하면서 목표로 한 대량 생산이 가능해 진 것으로 알려졌다. 추가로, 캘리포니아와 텍사스 외에도 네바다 기가팩토리를 확장해 4680 배터리 셀 생산을 확대할 계획이다. 이 경우 규모의 경제를 실현하고 고질적인 배터리 부족 현상을 해결할 수 있어, 원가절감과 출고 대기기간을 앞당길 수 있다.

테슬라는 왜 원통형을 고집할까?

테슬라가 원통형 배터리를 선택한 이유는 간단하다. 안정성과 비용절감 때문이다. 원통형 배터리는 90년대 초 일본 소니에서 개발한 ‘18650 배터리’가 시초다. 다른 타입에 비해 역사가 길고 전자제품 전반에 걸쳐 널리 사용되는 규격이었다.

내부를 뜯어보면 작은 원통 안에 배터리 소재를 둘둘 말아 넣는 방식으로 구성돼 있다. 덕분에 에너지 밀도가 높고 오랫 동안 대량 생산돼, 제작에 대한 노하우가 있어 단가도 저렴하다. 테슬라는 이런 원통형 배터리의 장점에 주목했다. 2008년 로드스터 모델부터 이 배터리를 탑재하며 전기차 시장을 선도해왔다.

그러나 이런 원통형 배터리도 단점이 있다. 원기둥 특성상 배치하면 빈 공간이 생긴다. 즉, 빈 공간 만큼 배터리 탑재 공간을 손해보는 것이다. 따라서 각형, 파우치형 등 공간 효율성이 좋은 배터리 보다 에너지 밀도가 상대적으로 낮아진다. 또한, 배터리 구조상 열이 많이 발생하여, 성능 좋은 배터리 냉각 시스템이 요구된다.

테슬라는 이런 원통형 배터리의 한계를 극복하기 위해, 배터리 사이즈를 늘린다는 목표를 세웠다. 그 결과, 1865 배터리에서 2170 배터리로 사이즈 업 됐다. 요즘은 테슬라의 텍사스 공장 가동과 함께 더 큰 4680 배터리가 활발하게 생산되고 있다.

커다란 배터리, 왜 만들까?

테슬라가 원통형 배터리를 크게 만드는 이유는 경제성과 효율성 때문이다. 크게 만들 수록 에너지당 제조 공정 횟수가 줄어든다. 특히 각각의 배터리 사이즈가 커진만큼 담아둘 수 있는 에너지 역시 많아진다. 한편 동일 부피 내에서 원통형 배터리 사이즈를 키우면 그만큼 채워 넣어야 하는 배터리 수가 줄어든다. 참고로 1865에서 2170으로 확대할 경우 33%만큼 감소한다. 4680 역시 비슷한 효과를 기대할 수 있다.

그밖에 원통형 배터리가 클 수록 BMS(배터리 관리 시스템)가 담당해야 하는 배터리 수가 줄어든다. 이로 인해 배터리 팩의 복잡성이 줄어 비용 감소로 이어진다. 

테슬라 4680 보다 더 크게 만들까?

앞서 언급한 바와 같이 4680 배터리는 지름 46mm – 높이 80mm의 원통형 배터리다. 1865 타입과 비교하면 거의 2배 가량 사이즈 업 한 것이다. 이 배터리는 2170 타입 보다 5배 가량 에너지를 더 저장할 수 있고, 출력은 6배나 강하다. 그리고 주행거리의 경우 16% 만큼 길다. 

그렇다면, 원통형 배터리를 더 크게 만들면 그만큼 더 높은 효율성을 기대할 수 있을까? 정답부터 이야기하면 아니다. 테슬라는 4680 사이즈가 마지막이라고 판단하고 있다. 크기 대비 효율을 따졌을 때 지름이 46mm 이상인 경우 드라마틱한 효과를 기대하기 어렵다고 판단했기 때문이다. 테슬라는 앞으로 배터리에 어떤 변화를 줄까? 원통형을 넘어 좀 더 획기적인 방식이 나올 수 있을지 기대가 된다.