
수지제, 전기자동차 경량화에 기여 … 금속제, 난연규제 강화 대응
전기자동차(EV) 급성장과 함께 배터리 케이스 시장이 부상하고 있다.
전기자동차 배터리의 주류로 정착한 LiB(리튬이온전지)는 자동차기업마다 배터리 셀의 형태와 레이아웃, 용량 등 설계조건이 다르나 최근 경량화를 위해 금속 대신 수지 케이스를 선택하는 자동차기업이 늘어나고 있는 가운데 케이스 개발 경쟁이 치열해지고 있다.
세계 최대의 전기자동차 생산기업인 테슬라(Tesla)는 원통형 배터리 셀을 병렬 배치하고 스틸‧알루미늄 케이스에 넣는 방식을 채용하고 있다.
다른 자동차기업들은 라미네이트형 배터리 셀을 평평하게 깔고 스틸 케이스로 감싸는 타입이나 라미네이트형 배터리 셀을 수직 방향으로 배치한 후 알루미늄 케이스에 넣는 방식을 채용하고 있으며, 전기자동차 시장이 확대될수록 최적화를 위한 배터리 케이스 탑재방식 통일이 본격화될 것으로 예상된다.
특히, 자동차기업들이 전기자동차 분야에서 경량화에 주력하고 있다는 점에서 수지 케이스가 급부상할 것으로 기대되고 있다.
테이진(Teijin)은 다종소재(Multi Materials)로 배터리 박스를 제조하고 있다.
금속과 FRP(Fiber Reinforced Plastic)를 적재적소에 사용했고 커버와 트레이 부분은 수지로 제조함으로써 무게를 알루미늄 케이스에 비해 1
5% 정도 경량화했으며 금속 프레임과 함께 사용해 배터리 셀에 대한 내충격성까지 확보한 것으로 알려졌다.
Japan Composite은 배터리 케이스 용도에서 열경화성 수지 복합소재 제안에 박차를 가하고 있다.
열경화성 수지 복합소재를 채용하면 경량화 뿐만 아니라 성형성, 난연성 등 부가적인 기능을 추가할 수 있고 자동차기업들이 원하는 방식으로 전기자동차를 제조할 수 있다는 점을 자랑하고 있다.
스미토모케미칼(Sumitomo Chemical)은 배터리 케이스용으로 적합한 PP(Polypropylene) 저선팽창 그레이드를 제안하고 있다.
금속과 수지를 조합해 사용하면 선팽창계수가 소재마다 달라지는 문제가 있으나 알루미늄에 가까운 선팽창계수를 실현한 PP 저선팽창 그레이드를 통해 해결할 수 있을 것으로 판단하고 있다.
도레이(Toray)는 PPS(Polyphenylene Sulfide), PBT(Polybutylene Terephthalate) 수지를 통해 배터리 주변부품 채용실적을 확보한 다음 추가 채용 확대를 위해 연구개발(R&D) 및 제안에 박차를 가하고 있다.
다만, 배터리 케이스를 수지로 완벽히 대체할 수 없다는 반론도 제기되고 있다.
자동차기업은 소재 변경에 보수적이며 수지제 케이스가 금속제를 뛰어넘을 만큼의 신뢰성을 갖추지 못한 이상 수지제 대체에 속도가 붙는 일은 없다는 것이다.
특히, 최근 세계 각국이 강화하고 있는 난연성 관련 규제가 수지제 케이스 보급을 가로막는 요인으로 부상하고 있다.
LiB의 에너지밀도가 향상되면서 배터리 열 폭주에 대응할 필요성이 높아지며 국제규격 UL과 중국규격은 외부 불꽃에 대한 난연성을 법적으로 규제하고 있고 중국규격이 선제적으로 내부 불꽃에 대한 난연성 규제를 강화하자 UL도 개정을 준비하고 있기 때문이다.
이에 따라 수지제 케이스에도 이전보다 더 강력한 내화 및 난연성이 요구될 것으로 판단된다.
금속제 케이스 생산기업들은 난연성 확보에 박차를 가하며 수지제 케이스를 방어하고 있다.
UACJ는 냉각수 유로를 일체화한 100% 알루미늄제 배터리 케이스를 개발했으며 방열성, 내구성 등 알루미늄의 특징을 살려 온도기능 일체형 케이스로 발전시킬 계획이다. 압출소재와 가공방식을 최적화해 중량을 더욱 줄이는 방안도 검토하고 있다.
히타치금속(Hitachi Metals)은 알루미늄 주물제 배터리 케이스 제안을 강화하고 있다. 박막 및 일체성형을 통해 높은 강성과 기밀성을 확보함은 물론 형상자유도가 높고 방열, 안전 등 다양한 기능을 설계할 수 있다.
알루미늄은 리사이클 소재를 적용하기에도 적합한 것으로 평가되고 있다.
알루미늄 생산기업들은 리사이클 지금 고품질화와 재이용 가능한 고강도 합금 개발을 진행함으로써 배터리 케이스 경쟁에 대응하고 있다. (K)