"원가·안전성 모두 잡는다"...'셀투팩·냉각 기술 3총사'로 두 마리 토끼 쫓는 SK온

글로벌 전기차 수요 둔화에 中 가격 경쟁력↑
韓 배터리 업계 수익성 ‘비상’…”대응 전략 필요”
전기차 화재 등 열확산 안전 규제는 강화
SK온, 업계 최초 파우치형 CTP에 냉각 기술 접목

[파이낸셜뉴스] SK온의 기술 고도화 전략은 최근 글로벌 전기차(EV) 시장이 맞닥뜨린 환경 변화와 맞물려 있다. EV 캐즘(일시적 수요 둔화)과 중국 업체들의 저가 공세가 거세지는 가운데 열확산(TP) 등 규제는 엄격해지는 등 가격 경쟁력과 안전성까지 모두 잡아야 하는 상황이다. SK온은 셀투팩 기술은 물론 냉각 기술 3종 세트 등 제조 혁신을 통해 글로벌 배터리 경쟁 속에서 기술 패권을 선점하겠다는 계획이다.

■가격 잡아야 배터리 시장 선점...'셀투팩' 주목

8일 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 지난해 연간 전 세계 EV 인도량은 약 2147만대로 집계됐다. 중국이 전년 대비 18.8% 증가한 약 1380만8000대를 판매하며 글로벌 시장의 64.3%를 차지한 가운데 유럽과 중국을 제외한 아시아 시장이 각각 전년 대비 34.9%, 58.5% 증가한 425만7000대, 123만3000대를 판매했다.

문제는 연간 전기차 시장 성장률이 점차 낮아진다는 것이다. 글로벌 EV 인도량 증가율은 2023년 전년 동기 대비 38.6%에서 2024년 25.9%로 10%p 넘게 떨어진 뒤 지난해 21.5%까지 낮아졌다. 중국 보조금 축소와 미국·유럽의 정책 불확실성 등이 겹치며 수요 모멘텀이 둔화되고, 완성차와 배터리 업계 모두 가격 인하 압박에 직면한 상황이다.

특히 배터리 업계만 보면 중국 업체들의 가격 우위가 뚜렷해졌다. 에너지 컨설팅사 블룸버그NEF(BNEF)에 따르면 중국산 배터리 팩 가격은 kWh당 84달러로 글로벌 평균(108달러)보다 약 22% 낮고, 북미와 유럽산보다 40~50%가량 저렴한 상태다. 이에 지난해 연간 글로벌 EV용 배터리 사용량 상위 1,2위는 나란히 중국의 CATL, BYD가 차지해 합산 시장점유율이 55.6%에 달했다.

이 같이 배터리사의 가격 경쟁력 확보가 무엇보다 중요해진 상황에서 셀투팩(CTP) 기술의 중요성은 더 커질수 밖에 없다는 평가다. 공정 단계 축소로 인건비∙생산비가 절감되며, 모듈 관련 비용도 줄기 때문이다. 실제 시장조사기관 360i 리서치에 따르면 셀투팩 시장 규모는 올해 664억1000만달러에서 연평균 26.7% 성장해 2032년에는 2775억5000만달러에 이를 전망이다.

박철완 서정대 자동차학과 교수는 “전 세계 자동차 회사들이 모듈을 삭제하고 CTP이나 배터리셀을 차량 샤시와 바로 통합 시키는 셀투샤시(CTC) 구조로 가고 있어 향후 관련 기술의 중요성은 커질 수밖에 없다"고 설명했다.

■열확산 규제 발맞춰 대면적 냉각 기술도 적용

SK온은 셀투팩 기술과 더불어 4대 연구개발(R&D) 과제의 핵심 중 하나로 냉각 기술 고도화를 추진하고 있다. 지난 2020년 중국의 배터리 안전 규격 GB38031을 시작으로 유럽의 UN ECE R100, 미국 FMVSS No.305a 등 전세계 적으로 열확산(TP)에 대한 안전 기준이 강화됐기 때문이다. 이들 규제는 배터리 셀 하나에서 발생한 TP가 팩 전체로 번지는 것을 막기 위해 ‘일정 시간 이상 화염·고온을 견디는 구조’를 요구한다.

SK이노베이션 뉴스룸에 따르면 SK온이 보유한 냉각 방식은 크게 하부 냉각, 대면적 냉각, 액침 냉각 세 가지다. 우선 하부 냉각은 팩 바닥에 냉각판을 깔아 전체를 아래에서 식히는, 현재 시장에서 가장 널리 쓰이는 방식이다. 구조가 비교적 단순하고 검증된 기술이라 대량 양산에 유리하다. 예를 들어 보급형 SUV나 세단처럼 일상 주행이 주를 이루는 차량에서 안정적인 열 관리를 제공하며, 셀투팩 구조와 결합 시 팩 하단 공간 활용까지 최적화할 수 있다.

대면적 냉각은 셀과 셀 사이에 금속 냉각 플레이트를 배치해, 열을 넓은 면으로 빠르게 퍼뜨리는 방식이다. 이 플레이트가 일종의 ‘뼈대’ 역할도 하기 때문에 구조 강성을 같이 높일 수 있다. SK온의 파우치형 셀투팩에 이 기술을 업계 최초로 접목했다. 파우치 셀의 부드러운 형태를 금속 플레이트로 단단히 받쳐주면서 열 분산 효율을 극대화해, 고에너지 밀도 팩에서 발생할 수 있는 국부 발열 문제를 사전 차단한다. 고성능 스포츠카처럼 출력이 중요한 차종에서 특히 빛을 발할 전망이다.

액침 냉각은 한층 더 과감한 접근이다. 전기를 통하지 않는 특수 냉각 유체 안에 셀을 통째로 담가 온도를 낮춘다.

고출력 주행이나 초급속 충전처럼 발열이 심한 상황에서도 셀 표면 전체를 한꺼번에 식힐 수 있다는 점이 강점이다. 아직은 비용과 패키징, 장기 신뢰성 등에서 넘어야 할 산이 남아 있지만, 완성차 업계에서는 차세대 고성능 EV와 상용차, 데이터센터용 에너지저장장치(ESS) 등에서 게임 체인저가 될 수 있는 기술로 평가한다.

SK온은 "열폭주 테스트 등 안전성과 관련해 글로벌 규제보다 엄격한 기준을 두고 내부 평가를 진행 중"이라며 "셀투팩과 냉각 기술을 결합해 팩 단가를 낮추고, 안전성과 성능까지 확보한 ‘패키지 딜’을 제시할 것"이라고 말했다. [e-mail] 김동찬 기자