"배터리 화재 막아라" 3사 기술 경쟁

방열 성능 높인 배터리팩 기술
열차단 기능 더한 배터리 모듈도

최근 국내 배터리 업체들이 리튬이온 배터리의 단점으로 꼽히는 폭발·화재 위험을 사전에 차단하는 특허를 잇따라 출원해 눈길을 끌고 있다. 전기차 배터리 화재는 기업 신뢰도는 물론 실적과도 연결되기에 기업들은 이를 방지하고자 관련 기술력에 심혈을 기울이고 있다.

8일 관련 업계에 따르면 삼성SDI는 최근 방열 성능을 향상시킨 배터리팩 특허를 출원했다.

전기차 화재 원인인 열폭주는 다양한 이유로 배터리 셀에 스트레스가 가해지며 열이 발생하는 현상이다. 과전압, 과방전 등으로 배터리 내부 온도가 일정 수준 올라가면 화염이 발생하는데 리튬이온 배터리는 물과 반응성이 높아 화재 때 물로 쉽게 소화하기 어렵다.

특히 전기차 배터리는 셀 수백 개가 모여 한 팩을 이루기 때문에 한 셀에서 열폭주가 시작되면 다른 셀로 불이 옮겨붙으면서 새로운 열폭주를 일으킨다는 점에서 진화가 어렵다.

이에 삼성SDI는 배터리 팩 내부의 배터리 셀 사이에 서로 높이가 다른 히트 파이프를 탑재하는 방안을 고안했다. 이 경우 냉각 공기에 의한 방열과 히트 파이프에 의한 방열이 모두 가능해져 열 차단 성능이 좋아지는 원리다. 또 히트 파이프가 배터리 셀의 중앙 영역을 감싸는 U자 모양이 되도록 구비해 배터리 셀에서 스웰링(팽창)이 발생하더라도 방열이 잘 이뤄질 수 있도록 했다.

SK온도 최근 삼성SDI와는 달리 배터리 모듈과 관련된 방열 특허를 냈다. 배터리 모듈은 배터리 셀이 열과 진동 등 외부 충격에서 더 보호될 수 있도록 단단한 프레임으로 구성돼 있다. 해당 특허에는 배터리 셀 사이에 냉각재들과 판 하나가 존재하는데, 이것들은 한 셀에서 화재가 발생할 경우 다른 셀로 화재가 번지는 것을 지연시켜주는 역할을 해준다.

다만 최근에는 냉각재를 배터리 셀 사이에 넣으면 부피를 차지하는 면이 있어 냉각재를 바닥에 탑재하는 방법도 도입 중인 것으로 알려졌다.

이 밖에 LG에너지솔루션과 함께 배터리 사업을 벌이는 LG화학도 전기차 배터리 화재의 주요 원인인 '열폭주'를 지연시키는 배터리팩 플라스틱 소재를 개발하는 등 관련 연구개발이 활발하게 이뤄지고 있다.

배터리 업계 관계자는 "배터리 안전성은 소비자의 안전과도 직결되기에 배터리 제조사들이 매우 중요하게 여기는 부분"이라며 "배터리의 화재 위험은 배터리 셀 자체의 성능을 비롯해 셀에서 화재 발생시 화재 확산을 얼마나 막아줄 수 있는지가 관건인데 결국 이 모든 것이 기술력에 달려 있다"고 말했다.

[e-mail] 구자윤 기자