중국 배터리 기술이 세계를 집어 삼킬 기세다. 최근 BYD의 급신장세 소식으로 잠시 조용한 듯한 세계 배터리 시장의 월등한 1위 업체 CATL이 파괴적 혁신 기술로 세계를 놀래키고 있다. CATL이 생산량과 시장 점유율은 물론 상용화를 앞둔 파괴적 혁신 기술로도 ‘K-배터리’를 위협하고 있다.

세계 최대 배터리 제조업체인 중국 CATL이 초당 1km씩 충전해 10여분 만에 총 1000km를 달리게 해 주는 전기차용 초고속 충전 리튬인산철(LFP) 배터리를 내놓았다. 10분만 충전하면 600km를 달릴 수 있다. CATL은 10여분 충전으로 중국 북부 베이징에서 남부 난징까지 갈 수 있다고 말했다.

CATL의 이 놀라운 배터리는 지난달 25일 개막해 이달 4일까지 중국 베이징 국제전람센터에서 열리는 A급 자동차쇼인 2024 오토차이나(AutoChina 2024)에서 공개됐다. (맨아래 동영상 참조)

이 배터리 이름은 ‘신이 한 것에 더했다’는 의미의 ‘션싱 플러스’(神行 +)다. 이 배터리의 1회 충전후 주행거리는 1000km인데, 이는 앞서 지난해 8월 공개후 12월 양산에 이어 중국 전기차에 적용중인 ‘션싱’ LPF 배터리보다 400km 더 늘어난 것이다.

CATL이 “기적”의 배터리라고 소개하고 있는 션싱플러스는 ▲배터리 발화(화재) 안정성 ▲단시간 내 충전 ▲놀랍도록 긴 주행거리에 더해 ▲니켈코발트망간(니코망·NCM)배터리(250kW/kg) 대비 단점인 에너지 밀도를 200kW/kg 이상으로 끌어올렸다. 비싼 코발트와 니켈을 사용하지 않기에 당연히 NCM에 비해 재료비가 더 싸진다. 이 회사 발표대로라면 올해 3분기 안에 이 배터리 적용 차량이 등장할 것으로 전망된다.

K배터리를 위협하기에 충분할 정도로 위압적인 션싱 플러스의 성능과 단시간 충전 기술력의 비결, 양산 시점, 그리고 적용 대상 차량 등에 대해 알아봤다.

CATL LFP배터리, 지난해 8월엔 10분 만에 400km→올해는 600km

CATL은 지난해 8월 충전기에서 단 10분 만에 400km의 주행거리를 추가할 수 있는 리튬인산철(LFP)배터리 팩인 션싱(Shenxing·神行) 배터리를 선보이면서 전 세계적으로 대서특필됐다. 놀랍게도 그로부터 채 1년도 지나지 않았지만 이 배터리 팩은 실제 자동차에 동력을 공급하고 있다.

그리고 올해엔 더 놀라운 성능의 배터리를 공개했다.

CATL은 션싱 배터리에 적용된 기술을 사용해 ‘션싱 플러스’(Senxing Plus)로 불리는 더욱 인상적인 팩으로 만들어 냈다. 이 배터리는 4자릿수(1000km) 주행거리를 실현한 것은 물론 이 배터리를 사용한 전기차 주행중 휴게실 화장실과 스낵바를 다녀올 정도의 잠깐 사이(10분)에 600km 주행 분을 충전할 수 있다.

10분여 만에 1000km 주행분 충전을 할 수 있는 배터리 팩에 대한 CATL의 주장을 이미 들어본 사람도 있을 것이다. 그도 그럴 것이 CATL이 지난 2022년 선보인 치린(Qilin) 배터리가 ‘션싱 플러스’와 동일한 사양을 갖고 있기 때문이다.

하지만 큰 차이점이 있다.

치린은 니코망(NCM) 화학을 사용하는 반면, 새로운 션싱 플러스는 초단시간 1회 충전으로 1000km대 주행거리를 갖는 최초의 리튬인산철(LFP) 배터리다.

NCM와 LFP 화학 배터리 모두 잘 알려진 리튬 이온 배터리 버전이지만 NMC가 LFP에 비해 우수한 중량 기반 에너지 밀도를 제공한다.

그럼에도 불구하고 LFP는 더 쉽게 조달할 수 있는 재료, 열(차량 발화)에 대한 안정성 및 더 긴 수명 때문에 전기차 설계에서 탄력을 받고 있다.

션싱플러스 배터리에도 약점이 있을까?

통상적 LFP 배터리 팩의 에너지 밀도는 90~160Wh/kg 정도다.

하지만CATL은 션싱 플러스가 205Wh/kg을 기록하면서 처음으로 200Wh/kg 임계값을 초과했다고 밝히고 있다.

이는 CATL 션싱 플러스 배터리가 전작 고속충전 배터리인 치린의 255Wh/kg을 포함한 여타 NCM 배터리 밀도에는 여전히 못미치며, 배터리 팩이 같은 용량에 비해 더 무겁다는 것을 의미한다.

하지만 그럼에도 션싱 플러스는 두 가지 세계에서 최고의 특성을 결합한 제품을 약속하는 훌륭한 성과로 평가받고 있다.

세계를 놀라게 한 초고속 충전 LFP배터리 어떻게 개발했나

10분만에 1000km 주행거리분을 충전하는 이 LFP배터리의 구조는 좀 다르다.

CATL의 설명에 따르면 이 배터리 음극에는 3D 벌집 모양의 소재, 양극에는 과립모양의 그라데이션 기술에 의존하는 신소재와 구조를 혼합해 우수한 에너지 밀도를 구현한다.

에너지 밀도 향상 외에도 3D 벌집 소재는 충방전 주기 동안 부피 팽창을 제어한다.

이 회사가 업계 최초라고 말하는 단일 셀 외피(single-piece cell casing)는 내부 공간 활용도를 최적화해 새로운 에너지 밀도를 높이는 데 도움이 된다.

심지어 1000km 배터리 팩도 결국 재충전되어야 하고, 션싱 플러스도 거기에서 빛을 발한다. 그것은 지난해 8월 나온 대략 10분에 400km를 충전하고 10분여만에 600km 주행거리분을 충전하는 오리지널 션싱보다 훨씬 더 빠른 충전 속도를 제공한다. 즉, 이번에 발표된 ‘션싱 플러스’의 충전 시간의 초당 1km다.

CATL이 획기적 충전 속도를 실현한 비결

빠른 리튬이온 전도성 코팅, 전이원소(전이금속) 추가, 새로운 나노미터 캡슐화 덕분에 양극과 음극 물질 사이에 더 부드럽고 효율적인 전달이 가능하다고 믿는다. 전형원소는 대부분 한 종류의 안정된 원자가를 가지지만 전이원소는 일반적으로 몇 종류의 안정된 원자가를 가진다. 즉, 이온 상태에서 가지는 형태가 전형원소와 달리 여러 가지인 경우가 많다. 또한 전이원소로 이루어진 대부분의 화합물은 d오비탈의 성격에 의해 착색되어 있다. 또한 화합물을 형성하지 않은 홑원소물질은 모두 금속이며, 녹는점·굳기가 높고 자성(磁性)을 나타내는 것이 많다.

과전류 영역의 확장은 고전류 충전시 발생하는 열을 빠르고 안전하게 방출하도록 보장한다.

션싱 플러스 배터리 생산일정과 적용 차량은

CATL은 션싱 플러스 배터리가 언제 생산에 들어갈 수 있을지는 밝히지 않지만, 이 회사는 지난해 8월 첫선을 보인 오리지널 션싱 배터리를 연말에 양산해 이미 출시했다는 점에 주목할 필요가 있다.

뉴아틀라스는 25일 이날 개막한 2024 오토차이나 쇼 션싱 플러스 발표내용을 보도하면서 CATL이 이날 프레젠테이션에서 션싱을 중국 전기차 지커01과 GAC 아이온 Y 플러스와 같은 자동차에 적용하기 위해 1년 걸리는 작업을 4개월로 단축하는 것에 대해 설명했다고 보도했다.

CATL은 아래 동영상을 통해 자사 션싱 플러스 배터리의 이점과 구조, 장점을 비교적 상세하게 소개하고 있다.