‘원통형 배터리’는 우리가 익히 알고 있는 그 배터리다. 가전제품에 들어가는 ‘AA 건전지’를 생각하면 된다. 일상에서 흔히 접하는 이 배터리의 크기를 약간 키우고 수천개를 엮으면, 전기자동차를 움직일 수 있다. 미국 전기차 업체 테슬라가 그렇게 한다.

다른 전기차 회사들이 파우치형·각형 등 새로운 폼팩터(형상)를 시도할 때, 테슬라는 캔 모양의 이 배터리를 고집해왔다. 경제성이 높다는 이유에서다. 초기에는 18650(18㎜ x 65㎜) 배터리를 썼고 2017년부터는 21700(21㎜ x 70㎜) 배터리를 모델3 등 주요 차종에 싣고 있다.

LG에너지솔루션은 테슬라에 21700 원통형 배터리를 공급하는 대표적인 협력사다. 25일 충북 청주 LG에너지솔루션 오창 에너지플랜트(오창공장)를 찾았다. LG에너지솔루션이 원통형 배터리 생산현장을 공개한 것은, 전기차용 배터리 공정이 준공된 2011년 이후 처음이다.

오창 1공장의 소형전지 2동 내부는 마치 캔 음료수 공장과 비슷한 인상이었다. 흰색 방진복과 방진화를 신고 조립라인에 들어서니, 셀 수도 없을 만큼 많은 성인 남성 엄지손가락 크기의 원통형 은색 케이스들이 가느다란 컨베이어 라인을 타고 수십m 크기의 조립공장 내부를 쉴새 없이 흘러다니는 장면이 한눈에 들어왔다.

해당 건물은 1층과 2층으로 나뉘어 있다. 1층에서는 양·음극재를 원통 케이스 크기에 맞춰 재단하는 전극 공정이 이뤄진다. 2층에서는 1층에서 올라온 양·음극재와 분리막을 두루마리 휴지처럼 둥글게 마는 ‘와인딩’ 작업이 먼저 진행된다.

이렇게 생성된 물질은 잼과 빵을 돌돌 말아 만든 롤케이크를 닮아 ‘젤리 롤’이라고 불린다. 젤리 롤은 곧바로 케이스에 투입되며, 케이스 양쪽에 탭(집전체: 전자를 이동시키는 통로 역할을 하는 막)이 용접되면, 젤리 롤이 내부에서 흔들리지 않도록 케이스에 홈을 파는 ‘비딩’ 작업이 이뤄진다. 이온이 양·음극 사이를 오가도록 돕는 전해액이 주입되고 나면 뚜껑을 닫고 밀봉한다. 품질검사 및 워싱(세척) 과정까지 마치면 우리가 익히 아는 형상의 원통형 배터리 최종품이 완성된다.

1990년대부터 상용화된 원통형 배터리는 오랜 역사를 지닌 만큼 제작법도 간단하며 생산 비용도 저렴하다. 실제로 이날 견학한 조립 공정은 그야말로 순식간에 이뤄졌다.

칸막이로 구분된 각 공정에 컨베이어에 실린 캔 뭉치가 몰려오면 로봇 손이 한꺼번에 수십개를 들어올려 젤리 롤과 전해질 같은 재료를 정해진 양만큼 투입하고, 용접했다. 체감상으로는 빈 캔이 배터리로 완성되기까지 채 5분도 걸리지 않은 듯했다. 설비들이 대체로 크기가 작고 빠른 속도로 움직이다 보니, 손가락 끼임을 방지하기 위한 경고문이 실제 사고 사례와 함께 공장 곳곳에 붙어 있었다.

LG에너지솔루션 관계자는 “이 원통형 배터리는 전동공구, 전기자전거 등 소형 제품에 주로 들어가는데 최근에는 전기차 OEM(주문자상표 부착생산)의 요청이 늘면서 대형 전기차로도 쓰임새의 범위가 넓어졌다”고 말했다.

현대자동차그룹이나 독일 폭스바겐 등은 에너지 밀도를 더 높일 수 있는 파우치형·각형 배터리를 선호하며, 오창공장의 자동차전지 조립동에서는 이러한 파우치형 배터리를 생산하고 있다. 소형 전지동에서 만든 원통형은 주로 테슬라로 납품되며, 전기차 한 대에는 3000~4000개 배터리셀이 탑재된다. 미국 전기차업체 루시드도 대표 모델인 프리미엄 세단 ‘루시드에어’에 LG에너지솔루션의 21700 배터리를 사용한다.

테슬라는 기존의 21700 배터리보다 크기를 키워 에너지 밀도·출력을 높인 4680 배터리(46㎜ x 80㎜)도 개발 중이다. LG에너지솔루션도 이에 발맞춰 오창 2공장에 5800억원을 투자해 총 9GWh 규모의 원통형 배터리 신규 폼팩터(4680) 양산 설비를 구축하겠다고 지난해 밝혔다.

오창 에너지플랜트는 전 세계 LG에너지솔루션 제품 개발의 중심이 되는 ‘마더 팩토리’ 역할을 한다. 현재 연 18GWh 배터리 생산능력을 갖추고 있으며 향후 33GWh까지 확대할 계획이다.