테슬라의 원통형 vs 각형, 단순한 선택일까?

요즘 테슬라 이슈 때문에 “원통형 셀을 쓰는 건 문제가 있다”, “원통형을 선택할 수 밖에 없었다” 이런 얘기들을 많이 봅니다. 아주 예전에는 각형과 파우치 셀이 없어서 그럴수는 있습니다. 그러나 현재 시점에서도 사실 셀 타입을 결정하는건 단순한 문제가 아닙니다.

팩 설계에서는 항상 트레이드오프가 존재합니다. 안전성, 용량, 제조 복잡도, 비용 등 여러 요소가 얽혀 있고 어떤 걸 우선순위로 두느냐에 따라 결과는 완전히 달라집니다. 그래서 시스템 설계가 별도의 분야로 존재 합니다.

원통형 셀의 장단점중 애매한 부분을 제외하고 명확한 부분은 다음과 같습니다.

• 장점: 충돌이나 열폭주 이후 전이(Propagation) 과정에서 비교적 안전함

• 단점: 용량이 상대적으로 낮고, 팩 제조 공정이 복잡함

결국 “안전성 vs 용량, 제조 난이도” 중에서 무엇을 더 중요하게 보느냐의 문제죠. 이건 엔지니어마다 답이 다를 수밖에 없습니다. 여러분이라면 무엇이 가장 중요하다고 생각 하시나요?

저라면 기술력과 품질 관리가 뒷받침된다면 지금 시점에서는 원통형을 선택할 것 같습니다. 그 이유는 배터리 화재는 단순히 제품 문제가 아니라 기업을 크게 무너뜨리는 사건이기 때문입니다.예전에 소니의 Vio 노트북이나 삼성 갤럭시 화재 사건이 그랬죠. 소니는 결국 배터리 사업을 매각해야 했고 갤럭시도 많은 점유율을 잃었습니다.

그래서 일부 기업들은 지금도 안정성 중심의 설계를 최우선으로 생각할 수 있습니다.테슬라를 제외한 Rivian, Lucid, Rimac 같은 회사들이 굳이 안전성 제외하고 장점이 없는 원통형을 쓰는 이유가 여기에 있을 수 있습니다. BMW도 차세대 배터리 팩을 원통형으로 개발하고 있고요.

그럼 왜 테슬라의 경우 원통형과 각형을 모두 사용하느냐고 질문을 하실 수 있는데 저라면 고 용량이 필요한 차는 열 폭주에 조금 약한 NCA/NCM은 원통형을 유지하고 저 용량 차는 열 폭주에 조금 강한 LFP 각형을 사용해서 안전성, 용량, 파워를 고려한 선택을 했을 것 같습니다.

아래는 CATL의 NCM811과 LFP 셀의 열폭주 시험 비교 그래프입니다.

Schöberl, J., Ank, M., Schreiber, M., Wassiliadis, N. & Lienkamp, M. Thermal runaway propagation in automotive lithium-ion batteries with NMC-811 and LFP cathodes: Safety requirements and impact on system integration. eTransportation 19, 100305 (2024).