[배터리 삼매경] 작지만 강한 ‘소형 배터리’…BoT 시대 이끈다

아시다시피 배터리는 각종 기기마다 배터리에 요구하는 크기, 사용 시간, 용도가 달라 그 종류도 다양합니다.

배터리의 대명사 격인 리튬이온 배터리는 크기와 용량에 따라 소형, 중형, 대형으로 구분할 수 있는데요. 자동차용 배터리를 중형, ESS용 배터리를 대형으로 구분하고 나머지 배터리들을 보통 소형으로 분류합니다.

소형 배터리는 보통 한 손에 잡힐 정도로 콤팩트한 배터리 셀을 뜻하죠. 소형 배터리는 날이 갈수록 진화하고 있고, 그 쓰임새도 다양해지고 있습니다. 특히 웨어러블, 언택트 시대에 노트북과 태블릿 등이 필수제품이 되면서 소형 배터리의 역할은 더욱 커지고 있습니다.

오늘도 국내 3대 배터리 제조사 가운데 ‘배터리 프로(배프로)’를 지향하는 삼성SDI의 도움으로 ‘배터리 삼매경’에 빠져보려 합니다.
 

배터리가 적용되는 다양한 애플리케이션 [그래픽=삼성SDI 제공]

◆리튬이온 배터리, 19세기 물리학자 '납축전지'가 시초

우선 배터리의 역사부터 먼저 살펴볼까요. 과연 언제부터 사용했을지 무척 궁금한데요. 전문가들에 따르면 충전과 방전이 가능한 2차 전지는 19세기 프랑스의 물리학자 가스통 플랑테(Gaston Plante)에 의해 개발된 ‘플랑테 전지(납축전지)’가 그 시초입니다.

납축전지의 경우, 저렴한 소재인 납을 사용해 가격이 싸 오늘날까지 자동차, 조명, 지게차 등에 널리 사용되고 있습니다. 그런데 무게가 무척 무겁고 전해질인 황산을 보충해야 하는 문제가 발생합니다.

이런 문제점을 보완하기 위해 다양한 2차 전지들이 개발되었는데요. 그중 리튬이온 배터리는 기존 2차 전지 제품과 비교했을 때 가볍고 부피는 작지만 에너지 밀도는 높고 친환경적이라 소비자들의 니즈를 만족시키기에 충분했기 때문입니다.

소형 배터리는 외관의 형태에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등 배터리 삼총사로 구분되는데요. 전통적으로 전동공구, 스마트폰, 노트북 등에 주로 탑재돼 왔고 최근에는 전기자전거, 전기자동차 등으로 적용 분야를 확대해 나가고 있습니다.
 

원통형 배터리 [사진=삼성SDI 제공]

◆원통형·각형·파우치형 등 배터리 삼총사의 특장점

일반적으로 배터리 하면 떠오르는 AA 건전지의 형태가 원통형 배터리라고 할 수 있습니다. 원통형 배터리는 그 형태를 따서 불리고 있습니다. 원통형 배터리는 작지만 고용량, 고출력을 가지고 있습니다. 큰 힘을 낼 수 있다는 말이죠. 그렇기 때문에 배터리의 출력을 크게 높일 수 있어서 전력이 많이 필요한 제품에 주로 사용됩니다.

예컨대 순간적으로 큰 힘을 내야 하는 전동공구를 비롯한 정원공구, 청소기 등에도 이용되고요. 현재는 전기자동차, 전기자전거 같은 마이크로 모빌리티에도 많이 사용되고 있습니다.

각형 배터리는 알루미늄 금속의 직사각형 캔 모양으로 생겼습니다. 각형 배터리의 경우, 과거에는 착탈식 스마트폰이나 노트북에 주로 사용되었지만, 최근에는 전기자동차에 주로 사용되고 있습니다. 최대 장점은 원통형 배터리에 비해 슬림하고 파우치형에 비해 외부 충격에 강합니다.

파우치형 배터리는 원통형이나 각형에 비해 배터리를 둘러싼 외관이 얇습니다. 원통형 배터리나 각형 배터리는 금속으로 외관이 둘러싸여 있지만 파우치형 배터리는 연성이 있는 파우치로 만들어져 얇고 넓은 배터리를 만들 수 있습니다. 라면이나 과자 포장지를 떠올리면 이해하기 쉽죠.

파우치형 배터리는 가공이 쉬우므로 다양한 형태로 만들 수 있습니다. 사이즈와 용량도 쉽게 바꿀 수 있다는 장점이 있는데요. 점점 더 얇고 가벼운 IT제품을 원하면서도 더 많은 성능을 원하는 고객들의 요구를 만족시킬 수 있습니다.

파우치형 배터리의 등장으로 기존 제품 크기의 한계를 극복할 수 있게 되었는데요. 이런 장점으로 스마트폰, 태블릿, 웨어러블 기기 등 다양한 제품에 광범위하게 사용되고 있습니다.
 

각형 배터리 [사진=삼성SDI 제공]

◆한층 다양해진 애플리케이션···새 부흥기 맞은 소형 배터리 시장

소형 배터리는 2000년대 휴대전화 및 노트북 등 IT기기의 폭발적인 성장세를 바탕으로 시장에서 존재감을 키워왔는데요. 특히 각형 배터리는 주요 휴대폰들에 탑재되며 소형 배터리 내에서 50% 이상의 비중을 차지하고 노트북에는 원통형 배터리가 주로 사용되었습니다.

이러한 소형 배터리는 노트북의 슬림화, 스마트폰 고성장, 태블릿의 등장으로 원통형, 각형, 파우치 배터리 삼총사의 위상에 조금씩 변화가 생겼습니다.

노트북에 주로 탑재된 원통형 배터리는 2011년을 정점으로 수요가 감소하고, 소형 배터리 성장을 이끌던 각형 배터리는 얇은 디자인 추구, 방수 기능 강화 등의 소비자 요구에 따라 파우치 배터리로 전환되며 그 시장이 급격히 축소되었습니다.

물론 파우치 배터리는 스마트폰과 태블릿의 시장 확대 때문에 성장했지만, 소형 배터리 시장은 전체적으로는 정체기에 접어들었습니다.

주춤하고 있던 소형 배터리는 원통형 배터리를 통해 다시금 부흥기를 맞고 있습니다. 미주 중심의 건설 경기 호황으로 인한 무선 전동공구 시장의 고성장과 청소기, 골프카트, 전기차 등의 다양한 애플리케이션이 2차 전지 시장에 새롭게 등장했기 때문입니다.

특히 많은 용량이 필요한 전기차, 골프카트 등에 원통형 배터리가 탑재되면서 원통형 배터리의 수요는 급격하게 증가했는데요. 기존 노트북이나 전동공구에 3~6개 정도 들어가던 원통형 배터리가 전기차에는 한대에 수백개에서 수천개까지 탑재되고 있습니다.

여기다 스마트폰, 노트북 등에서도 파우치 배터리 채택이 증가하고, 무선 이어폰 같은 웨어러블 기기 시장도 본궤도에 오르며 소형 배터리는 2020년 95억개로 전년 대비 8% 성장했습니다.
 

파우치형 배터리 [사진=삼성SDI 제공]

◆소형 배터리, BoT 시대 이끈다

여러분은 ‘BoT(Battery of Things : 사물 배터리) 시대’라는 말을 들어보셨나요. BoT 시대란 IT기기와 운송수단 등 사람이 활용하는 모든 사물에 배터리가 동력원으로 활용되고, 배터리가 미래 에너지 산업의 핵심이 되는 것을 뜻합니다. 한마디로 모든 사물이 인터넷으로 연결되는 IoT 시대를 맞아 무엇보다 중요한 것이 바로 배터리라 할 수 있습니다.

최근에는 근거리 주행이 가능한 소형 이동수단인 전동 킥보드나 전기자전거 등을 타고 다니는 사람들을 거리에서 쉽게 만나볼 수 있는데요. ‘마이크로 모빌리티’라 불리는 이러한 이동수단은 간편한 사용법, 친환경성, 주차 문제 해결 등의 장점을 바탕으로 교통 문제 해결의 새로운 대안으로 떠오르고 있죠. 이러한 제품들에는 원통형 배터리가 주로 탑재되고 있습니다.

이뿐만 아니라 벽을 뚫는 전동공구, 정원을 손질하는 가든 공구, 청소기 같은 소형 가전제품들도 사용 편의와 휴대성이 강화된 ‘무선(Cordless)’ 제품들이 대거 출시되며 원통형 배터리 시장은 더욱 확대될 전망입니다.

또한 파우치형 배터리는 스마트폰, 노트북에 더욱 확대될 것으로 예상됩니다. 이와 동시에 웨어러블 기기 시장의 성장도 파우치 배터리의 성장세를 견인할 것으로 예상됩니다. 

삼성SDI는 소비자들의 이런 변화된 IT 환경에 조금 더 도움을 주기 위해 안전하면서도 고성능∙고품질의 다양한 배터리를 연구 개발하고 있다고 하네요. 고성능∙고용량을 위한 새로운 규격의 ‘21700’ 원통형 배터리도 개발해 시장을 선도하고 있습니다.