재고일수는 어떻게 정해지는가 ?

 재고일수(Days of Inventory Outstanding) 에 대해서 들어본 적이 있는지 모르겠습니다. 

명목상의 정의는 현재 보유하고 있는 원료의 추가 유입이 없는 상태에서 차월매출원가에 대한 대응기대값이라고 할 수 있습니다. 

좀더 이해하기 쉽게 설명을 하자면, 현재 보유하고 있는 원자재.반제품,제품등의 재고를 이용하여 미래구간에 고객에게 공급해야하는 물동을 몇 일이나 대응할 수 있는지에 관한 것입니다. 가령 제품기준으로 매일 20개의 제품을 공급해야하는데 보유재고가 100개라면 5일치의 매출에 대응할 수 있으므로 재고일수는 5일이 됩니다. 

그런데 재고관리에 있어서 재고일수는 어떤의미를 갖는 것일까요?

재고일수의 의미에 대해서 논하기 위해서는 우리회사가 고객에게 공급해야 하는 하루치의 출하량에 대해서 사전정립이 필요합니다. 그래야 보유재고가 몇일의 매출을 대응할 지 계산되기 때문입니다. 

재고일수의 적정선은 업체와 업종에 따라 다를 수 있습니다. 꾸준한 매출이 일어나고, 출하량의 변동이 크지 않은 업체의 경우 보유재고의 리스크가 크지 않다면 재고일수가 높아도 큰 문제가 아닙니다. 반면 매출량의 변동성이 크고, 불용자재로 전락할 위험성이 크다면 재고일수가 높을 경우 손실로 전환될 가능성이 높습니다. 

일반적으로 대기업 중에서 재고관리가 우수한 편에 드는 기업들의 재고일수(DIO)는 30일 수준입니다. 물론 절대적인 수치는 아니라는 점을 알아 주셨으면 합니다. 글로벌 물류를 감아하여 보유하는 재고분으로 한달정도의 매출대응을 하는 수준이라면 재고보유로 인한 현금의 흐름을 크게 방해하지 않는선에서 매출의 실기도 예방할 정도로 적정수준이라고 생각됩니다. 

이상적으로 공급리드타임 1일이라면 재고일수도 1일이면 됩니다. 하지만 1:1 구조는 어디까지나 이상적인 수치일 뿐입니다. 

SCM의 역할은 대단히 중요합니다. 사전물동에 대한 전망과 조율, 생산(P), 판매(S), 재고(I) 의 밸런스를 맞주는 일은 쉬운 일이 아닙니다. 공급에서 생산, 물류에 이르기까지 다양한 이슈가 발생되고 그에 따라 적정한 재고를 운영하여 매출의 기회를 놓지지 않고, 또한 지나치게 많은 재고를 떠않지 안도록 하는일은 회사의 근본을 유지하는 일이라 하겠습니다. 

중국 베타볼트(Betavolt) 가 개발한 원자력 배터리

배터리가 기존의 에너지원을 대체하기 위해서 필요한 것은 무엇일까?

혹시 이런 생각을 해본적 있는지 모르겠습니다. 주류에너지인 오일과 가스등의 화석연료가 사라진 세상에서 가장 효율적인 에너지원으로는 아마도 태양광이라고 생각합니다. 물론 풍력과 수력 등 대체 에너지 모두 의미가 있을 것입니다. 그런 대체에너지에게 가장 필요한 것 역시 저장을 위한 배터리일 것입니다. 물론 어떤 케미스트리인가는 둘째문제이겠만서도 배터리에 충전을 해 두어야 의미 있는 에너지원이기 때문이죠. 

어째든 현재의 배터리는 화석연료를 대체하기 위한 필수불가결한 아이템이 분명합니다. 배터리가 의미 있기 위해서는 저장용 매체로서의 역할을 충실해야 합니다. 지금의 저장용량으로서는 대중화 시대로 접어들기에 많이 부족한 것이 사실입니다. 

그런데 만일 한번 충전으로 수십년을 사용할 수 있는 배터리가 있다면 어떨까요?

별도의 충전이 필요없이 구매에서 폐기까지 수십년동안 추가로 충전을 할 필요가 없다면 현재의 화석연료보다 분명 유리한 고지를 점유할 수 있을 것입니다. 가령 새로운 배터리를 탑재한 EV를 구매했는데 타이어나 오일 등 소모품을 교환하더라도 한번도 충전을 하지 않는다면 기존의 화석연료차량 (ICE) 보다 편리할 것입니다. 왜냐하면 주유소에 들러야 하는 번거로움이 사라지기 때문입니다. 

현재 이런 꿈과 같은 배터리를 직접 개발하는 곳이 있습니다. 바로 배터리에 핵에너지를 적용하여 반영구적인 배터리를 개발하고 있는 회사가 있습니다. 바로 베이징에 본사를 둔 베타볼트입니다. 

중국의 베타볼트는 반영구적으로 전기를 생산할 수 있는 원자에너지 배터리를 개발했다고 발표했습니다. 베타볼트의 발표자료에 따르면 원자력 배터리는 핵 또는 방사선 동위원소 배터리라고도 불리며 핵 동위원소가 붕괴될 때 방출하는 에너지를 활용하여 반영구적인 전기공급이 가능하다고 밝혔습니다. 

베타볼트는 전기 생산을 위해 니켈-63(Ni-63)이란 방사성 물질에 의해 방출되는 원자를 사용하였습니다. 10미크론 두께의 다이아몬드 반도체를 개발한 뒤 두 반도체 사이에 Ni-63 2미크론 시트를 배치한 구조를 만들었습니다. 

 

최초의 원자력 배터리로 명명한 베타볼트의 배터리는 동전보다 작은 사이즈에서 100마이크로와트의 전원을 공급할 수 있습니다.( 1와트는 100만마이크로 와트와 동일) 

1와트(W) 수준의 배터리는 2025년이나 출시될 것으로 내다보고 있습니다. 

원자력 전지는 3원계 조성의 리튬이온배터리 보다도 에너지 밀도가 10배 높고 1그램 단위로 3300MW까지 저장이 가능하다는 장점이 있습니다. 한번 구동을 시작하면 50년동안 교체할 필요없이 사용이 가능하다고 업체는 주장합니다. 또한 구동환경이 영하 60도에서 120도까지 작동이 가능하고, 가장우려되는 방사성 물질은 붕괴 후 안정한 구리동위원소로 변환되므로 복잡한 재활용 과정이 필요없어 환경친화적입니다. 

하지만 분명 해결해야 할 문제들도 있습니다. 가장 필요한 EV 적용을 위해서는 턱없이 부족한 전력으로 더 많은 연구가 필요해 보입니다. 또한 최초 적용되는 배터리이다 보니 적용할 기준이 마땅치 않다는 점도 문제라고 할 수 있습니다. 원자력 배터리에 대한 규제나 승인에 대한 합의가 필요하기 때문입니다. 또한 사용자에게 어떠한 영향성이 있는지 밝혀내는 것도 해결과제입니다. 

전력량의 증가 및 인체 안전성과 신뢰성확보 등 해결해야 할 문제들이 남아 있지만 분명 획기적인 도전인 것만은 사실인것 같습니다. 

원자력 전지를 사용한 반영구적인 배터리는 EV뿐만 아니라 항공분야에 탁월한 선택이 될 것으로 예상됩니다. 혹시나 어린시절 보았던 메칸더V에도 적용이 가능하지 않을 지 모르겠습니다. 그렇다면 가장 큰 위협은 역시나 오메가 미사일?

자율주행 라이다(Lidar)의 모든것

라이다에 관한 모든 궁금증 

자율주행에 대한 중요성이 부각되고 있는 요즘 자율주행 상에서 사물을 인식하는 센서 방식 중 라이더와 비전 방식 간의 의견이 분분합니다.

어떤 식으로 구동되는지 간단하게 정리를 해 보겠습니다.

카메라와 레이저 그리고 라이다 센서로 받아들일 정보를 3차원으로 구성한 후에 인공지능(A.I)이 이 정보를 바탕으로 장애물을 어떻게 피해 갈지, 어떤 경로로 주행할지 등을 결정하게 됩니다. 물론 카메라와 레이더만으로도 대부분의 정보를 취합할 수 있습니다. 카메라가 사람으로 따졌을 때 눈 역할을 하기 때문에 앞 차가 어디 있는지, 길을 건너기 위해 진입하는 사람은 누가 있는지 그런 정보들을  얻을 수 있는 것이죠.

라이다 없이 자율주행 가능한 이유

레이더는 전파를 쏴서 움직이고 있는 주변 물체들과 거리를 측정하는 때문에 카메라로 보고 또 레이더를 측정하면 주변 지형지물에 대한 정보를 거의 다 얻을 수 있습니다. 그런데 한 가지 단점이 있죠. 일단 카메라에는 너무나 많은 정보들이 들어오게 됩니다. 카메라는 눈으로 보이는 모든 정보가 담겨서 이 중에서 어떤 것이 자동차를 운행하는데 중요한 정보인지 걸러내고 선택하기가 어려워지는 것입니다.

테슬라의 경우는 이 같은 문제를 해결하기 위해 뛰어난 인공지능이 해결할 수 있다고 믿고 있습니다. 그래서 자체적으로 도조컴퓨터 칩까지 개발하고 있습니다. 쉽게 말하자면 경력 있는 운전자가 초보운전자 보다 능숙하게 운전할 수 있는 것은 눈이 더 달려 있어서가 아니라 운전에 대한 판단이 명확하기 때문이라는 것이죠.

라이다가 필요한 이유

그런데 라이다가 중요하다고 주장하는 쪽의 이야기는 조금 다릅니다. 사람이 운전할 때 보다 자율주행차는 더 안전해야 된다는 겁니다. 사람도 안개가 끼거나 눈. 비가 오면 앞이 잘 보이지가 않거나, 밤늦게 어두운 길을 운전할 때도 시야가 매우 좁아집니다. 사람이 운전하는 것처럼 악조건일 때는 카메라도 똑같이 악조건에서 운전을 하게 됩니다. 그러나 그런 경우에는 레이더가 조정해주면 되지 않냐고 반박할 수 있을 텐데요. 그런데 안타깝게도 레이더로는 정지되어 있는 물체를 구분할 수 없습니다. 또한 정확히 어떤 물체가 어떻게 생겼는지를 높은 해상도로 보여주지 못 합니다. 그래서 카메라와 레이저만으로는 사람보다 더 안전하게 운전할 수 없다는 게 라이다 쪽의 주장입니다.

그럼 라이다는 무엇이길래 카메라나 레이더 보다 더 안전하다고 하는 걸까요?

라이다의 원리

라이다는 레이더 보다 더 비싸지만 정확한 장비라고 설명드릴 수 있겠습니다. 게다가 전파를 쓰는 레이더와 달리 라이다는 레이저를 사용합니다. 라이다 센서가 빠르게 돌면서 거울에 쏜 레이저가 360도를 스캔닝 하는 방식입니다. 그 빛이 특정 물체에 부딪힌 다음에 다시 튕겨져 돌아오는 빛을 수신기가 받아서 빛이 목표지점까지 갔다가 오는데 걸린 시간을 계산해서 그 거리를 알아냅니다.

  

하나의 레이저를 1채널이라고 볼 때 다중 채널을 밴드 형태로 쓰기 때문에 전 면적을 커버할 수 있습니다. 예를 들어 128 채널이라고 하면 맨 아래부터 맨 위까지 레이어가 128층으로 나눠서 빛을 쏟는 것이죠.

이런 빛 레이어가 맨 아래 레이어에서 맨 위층까지 보통 수직 각도가 30에서 40도 정도 정도이기 때문에 100 ~300m 정도의 먼 거리까지 커버할 수 있습니다. 따라서 라이다는 비교적 먼 거리의 지형지물을 파악하는데 레이더나 비전보다 용이하다고 할 수 있겠습니다.

라이다의 장점

라이다는 3D로 지형지물을 재구성하기가 보다 용이합니다. 카메라로 촬영한 영상을 3D 등으로 만들기 위한 기술도 개발되고 있습니다. 하지만 카메라는 기본적으로 사진을 이어 붙인 것 같기 때문에 식별이 어렵고, 레이더는 식별하는 해상도가 떨어지는 단점이 있습니다. 반면에 라이다는 위치 정보를 곧바로 3D로 전환하기 때문에 인공지능이 상황 판단을 하기 쉽다는 장점이 있습니다.

 

두 번째로는 어두운 상황에서 특히 강점을 보입니다. 주변이 어두우면 사람도 물체식별이 어렵듯이 카메라도 쉽게 읽어낼 수 없습니다. 반면 라이다는 빛을 쏴서 인식하기 때문에 어두움이나 날씨의 간섭을 받지 않습니다.

 

셋째는 넓은 측정거리와 안정성. 99%의 정확도를 가진다고 하면 다른 분야에서는 다 용인이 될 것입니다. 하지만 자율주행 분야에서는 100명 중 한 명만 놓쳐도 큰일이 나게 됩니다. 따라서 레이더와 비전 라이다 모두 사용하여 더블, 트리플 체크를 해야만 더욱더 안전한 자율주행이 가능하다는 이야기입니다.

 

라이다의 제조사 별 특징

라이다의 제조사로 유명한 곳이 '벨로다인'과 '루미나'입니다. 원래 라이다는 항공우주분야 같은 데서 사용을 하고 있었는데 그것을 자율주행차로 처음으로 적용한 회사가 바로 벨로 다인입니다. 구글이나 우버 같은 자율주행차 선도업체들이 대부분 벨로 다인 라이다를 달고 자율주행을 테스트했고 지금까지 4만 개 이상의 라이다를 판매하고 있다고 합니다. 제품군도 상당히 다양하고 매출은 루미나의 10배에 달합니다. 또한 벨로다인은 대량생산시설을 갖추고 있습니다. 그리고 라이다의 선두주자로 관련 특허를 매우 많이 보유하고 있습니다. 하지만 성능은 우수하나 가격이 최근에 나온 vls-128 모델의 경우 약 12,000 달러(1,300만 원) 정도이기 때문에 사용이 쉽지 않은 상태입니다.

 

반면 루미나는 라이다 업계에서 벨로다인의 반대편에 있는 회사입니다. 루미나는 벨로다인 매출액 10분의 1 수준이며 또한 아직 대량 생산 준비가 되어있지 않은 회사이지요. 그러나 루미나는 라이다의 코스트 다운을 통해 저가 라이다를 도입할 수 있는 길을 터준 업체입니다. 360도를 커버하는 벨로다인 라이다와 달리 루미나는 한쪽 면만을 측정하는 방식을 취하고 있습니다. 좌. 우 120도 각도에 상하 30도 정도를 커버할 수 있습니다. 벨로다인과는 다른 방식의 아키텍처를 기반으로 개발하기 때문에 특허침해의 위험이 없고, 비용 절감이 용이하여 약 100만 원 이하로 공급을 목표로 하고 있습니다. 또한 벨로다인 라이다처럼 360을 돌 필요가 없기 때문에 차체의 고정식으로 부착이 가능하여 디자인적인 자유도 면에서 유리합니다.

 

자율주행을 위해서 꼭 필요한 센서 기술, 테슬라의 비전+레이더와 A.I 방식이 맞을지 아니면 라이다를 포함한 방법이 맞을지는 아직 미지 수입니다. 제약을 넘어설 때 기술의 발전이 있기 마련이지만 안전을 놓고 하는 도박이라면 지양하는 게 맞는 것 같습니다.

배터리 캐즘(Chasm) 돌파를 위한 조건

 배터리 시장 캐즘에 빠지다. 

초기시장과 주류시장 사이에서 나타나는 수요의 하락이나 정체현상을 캐즘(Chasm)이라고 합니다. 기존에 있던 시장을 대체하기 위해 생겨난 신제품들이 대부분 거쳐간 구간이기도 합니다. 일부 제품은 캐즘을 무사히 넘기고 새로운 아이템으로서의 입지를 공공히 하기도 했지만 일부는 그대로 사장되어 영영 볼 수 없는 구시대의 물건이 되기도 했습니다. 

캐즘이란 단어는 기업컨설턴트였던 제푸리 무어 박사가 최초로 사용하였습니다. 얼리어답터들과 마찬가지로 혁신성을 중시하는 소비자들이 중심이 된 초기 시장과 실용성을 중시하는 소시자들사이의 주류시장으로 넘어가기 위한 과도기적 구간으로 일시적인 수요가 정체 또는 후퇴하는 현상을 일컫습니다. 

대표적인 성공케이스가 바로 MP3 입니다. 당시 PC에서나 구현이 가능하던 MP3파일을 휴대장치에 저장하여 어디서나 쉽게 음악을 재생할 수 있었습니다. 이러한 혁신성으로 초기 소비자들은 열광하였지만 역시나 메일 시장으로 진입하기에는 몇가지 문제점들을 가지고 있었습니다. 당시에는 한 곡당 볼륨이 커서 단말기에 저장할 수 있는 곡수가 많지 않았습니다. 또한 MP3를 다운받을 수 있는 인프라가 구축되어 있지 않아서 이용하기 위해서는 스스로 MP3로 변환해야하는 번거로움이 있었습니다. 하지만 이후 빠르게 메모리가 발전되었고, 인터넷의 보급과 확대는 MP3가 음악의 주류시장으로 진입하도록 만들어준 일등공신이라고 할 수 있습니다. 그리하여 MP3는 빠르게 워크맨과 CD플레이어 시장에서 주류로 등극할 수 있었습니다. 

요즘 배터리 시장 역시 캐즘에 빠져 있다는데 부정하는 사람은 없을 것입니다. 국내의 대표적인 배터리 소재업체인 에코프로, 포스코퓨처엠, 엘엔에프등의 실적악화가 그 근거입니다. 

위 3사의 지난 4분기 실적은 처참하기 그지 없었습니다. 23년 하반기 전기차 수요가 급격히 하락하는 캐즘을 격으며, 영업이익은 전년대비 70 ~90% 감소하여 모두 적자전환하였습니다. 에코프로는 1224억, 포스코퓨처엠은 737억, 엘엔에프는 2084억원의 영업손실을 기록하였습니다. 

캐즘구간 돌파를 위해서 국내 양극재 3사의 제품비중에 변화를 줄 것으로 보입니다. 그동안 프리미엄 세그먼트에 많은 비중을 할애했던 것을 중저가용제품과 엔트리 모델로 무게중심을 이동시켜 시장점유를 확대한다는 전략으로 보입니다. 

지난해 기준 프리미엄 제품 비중 38%에서 19%까지 낮추고 볼류모델 비중을 66%, 엔트리모델을 15% 확대한다는 전략입니다. 

하지만 양극재 뿐만 아니라 배터리 소부장 업체들 모두 캐즘을 벗어나기 위해서는 근본적으로 전기차의 수요 복구가 전제 되어야 합니다. 그러기 위해서는 기존의 ICE(내연기관차량) 수준에 걸맞는 편의성 확보 및 안전성을 EV차량들이 확보해야 한다고 생각합니다. 

배터리 산업이 캐즘 돌파를 위해 필요한 조건 

1. EV 주행거리 경쟁력 확보  

전기차 유저들의 가장 큰 불편사항은 역시나 1회 충전으로 가능한 주행거리입니다. 프리미어 제품이 아닌 경우 300km 대역의 주행거리는 운전자의 불안감을 해소하기 어렵다고 생각합니다. EV에 접근이 용이한 25000달러 수준의 제품들은 대부분 LFP 배터리를 채용하기에 주행거리 확보와 가격의 Trade-off 구조에서 딜레마에 빠져 있습니다. 접근성이 좋게하기 위해서 경쟁력 있는 가격대를 확보해야 하지만 성능 역시 ICE 차량 대비 떨어질 경우 실용성을 중시하는 주류시장으로 진입은 어렵다고 보여집니다. 

2. 충전 인프라의 확대 

 또 다른 불편사항은 역시나 충전 인프라가 충분하지 않다는 점입니다. 몇 분만 가면 쉽게 들를 수 있는 주요소와 달라 전기 충전소는 찾기가 쉽지 않고 그마저도 소규모라서 이용을 위해서는 많은 시간 기달려야 하는 불편이 있습니다. 주류제품 대신 불편을 감수해야 한다면 이 역시 실용적이지 않다고 판단됩니다. 

3. EV의 신뢰성 확보 

주행거리와 충전인프라를 희생하여 운영비를 절감 등 경제적인 장점을 가져갈 수 있다면 선택을 할 만한 가능성도 있다고 보입니다. 하지만 생명과 바꿀 사람은 아무도 없을 것입니다. 이미 전기차의 급발진 및 화재위험성에 대한 안전이 보장되지 않았다고 생각하는 사람들이 많기 때문에 이부분은 가장 시급하면서도 중요한 문제라고 보입니다. 차량에 대한 신뢰성이 부족하다는 것은 움직이는 살인기계로 전락할 수 있다는 것이고, 이 부분이 해결되지 않는다면 아무리 경제적이고, 인프라 확대가 되더라도 절대 주류로 편입될 수 없다고 장담합니다. 

E-book도 MP3도 모두 캐즘을 건너 왔습니다. 배터리 역시도 분명 확고한 카테고리를 구성할 것이라고 생각합니다. 전문가들도 이미 23년을 기점으로 바닥을 쳤다고 보고 있는 상황에서 대중화로 나갈 수 있는 계단을 이제부터 하나하나 올라가면 된다고 생각합니다. 그 계단의 속도는 물론 주류로 자리 잡은 경쟁 제품을 얼마나 따라잡을 수 있는 가에 달려 있을 것입니다. 

리튬 배터리의 발화 매커니즘

 배터리 화재 왜 일어날까?

리튬배터리로 인한 화재가 발생되었다는 것은 다시 말해 강한 열에너지를 발생 시켰다고 볼 수 있습니다. 분리막을 통해 음극과 양극이 만나는 현상 즉 단락이 발생되거나, 덴드라이트(Dendrite, 수지상정, 수상돌기) 등과 같이 단락의 원인은 다르더라도 전자의 이동이 급격히 진행되어 줄 열(Joule heat)에 의해 발화가 진행될 수 있다는 점입니다. 

그럼 리튬 배터리에서 발생할 수 있는 발화 매커니즘을 하나씩 살펴보겠습니다. 

1. 제조결함에 따른 이물혼입 

배터리 제조과정에서 이물질(금속 or 금속산화물)이 양극과 분리막 사이에 유입되면 충전과 방전을 계속하면서 이물질이 환원 전압영역에 이르면 금속이온상태로 환원되어 분리막을 통과한 뒤 음극으로 이동하게 되고 음극으로 이동한 금속이온물질은 음극 활물질 표면에 축적되면서 결정성을 지닌 덴드라이트(Dendrite, 수지상정) 형태로 성장하게 됩니다. 덴드라이트가 점점 성장하여 분리막을 거쳐 양극에 접촉하게 되면 음극에 축적된 전자들이 순식간에 양극으로 이동하게 되는데 이때 발생되는 줄열에 의해 발화와 폭발이 가능하게 됩니다. 

2. 과충전

충전이 계속되어 과충전이 되면 발열을 하고 전해질에서 가연성 가스의 발생 등이 일어나게 됩니다. 일반적으로 과충전 시 배터리 내부에서는 처음에 전해액과 음극의 환원반응이 일어나서 전해액의 열분해, 전해액과 양극과의 산화분해, 음극의 열분해, 양극의 열분해, 최후에는 분리막이 녹아 내부 단락에 이르게 됩니다. 

과충전을 하면 양극은 산화, 결정구조 파괴에 의한 발열이 일어나고 음극은 금속 리튬이 석출되게 됩니다. 과충전 방지 보호회로(Protection Circuit Board, 이하 PCM)가 있더라도 고장 등의 이유로 인해 제대로 작동하지 않는 경우 과충전이 발생하여 폭발할 수 있고, 이를 방지하기 위해 PCM이 설치되어 있는 경우에도 아래와 같은 조건에서 화재로 연결될 수 있습니다. 

1) 배터리의 설정 오류로 인해 과충전하는 경우 

2) 엑셀의 전압 밸런스가 무너진 경우 

3. 과방전 

방전에 의해 음극에서 Li+이온이 다 빠져나간 후 계속 방전모드가 지속되면 음극에서 더 이상 전자를 공급할 수 없기 때문에 구리극판에서 전자가 공급되면서 이로 인해 구리극판(Cu)이 녹게 됩니다. 구리극판이 녹게 되면 집전체로서의 기능을 상실하게 되고 내부 단락이 발생할 가능성이 높아져 배터리 기능이 열화되게 됩니다. 방전을 하면 양극 측에 코발트가 용출되고 음극측에는 구리극판이 용출되게 되는데 과방전을 하게 되면 과충전과 마찬가지로 발열현상에 의해 화재로 이어질 수 있습니다. 

4. 외부 열에 의한 가열

차량에 어떤 이유로 화재가 발생되는 경우 외부에서 발생된 화재열로 인해 배터리가 가열되게 됩니다. 이런 경우 배터리 내부에서 양극재료, 전해액, 음극재료가 단독 또는 상호 발열반응을 일으키고 이에 따라 분리막이 용융하여 전극이 단락되고 열 폭주가 개시 될 수 있습니다.  PCM은 과충전, 과방전, 과전류 및 정기적인 이상 특성에 대해서는 보호 역할을 하지만 배터리가 고온에 노출되는 경우에는 배터리 내부 자체의 활성화 에너지 반응을 막을 수 없기 때문에 PCM 여부와 관계없이 발화 폭발 할 수 있습니다. 

리튬폴리머 배터리의 경우 약 130℃로 과열되었을 때 부풀어 오르는 현상이 일어났고, 약 170℃에서 폭발과 함께 불꽃 방출이 일어났습니다. 

5. 외부충격 

외부로부터 충격을 보호하지 못하는 경우 각 전극의 절연이나 분리막 손상을 일으킬 수 있습니다. 이런 경우 사고 즉시 발화까지 일으키지는 않더라도, 사용 횟수와 시간의 경과 됨에 따라 충.방전 반복 시 내부 단락이 발생되어 발화를 일으킬 수 있습니다. 

25,000달러 EV개발의 적기가 다가오다.

어떤 새로운 기술이 대중화야 되기까지 여러 가지 단계를 거치게 된다. 특히나 새로운 기술이 기존에 있는 기술을 대체하기 위해서는 압도적으로 사용자가 늘어야만 가능한 한 상황이다. 예를 들어 새로운 기능과 성능으로 무장한 기술이라 하더라도 기존에 있는 제품의 가격과 큰 차이를 보인다면 선뜻 손이 가지 않기 마련이다. 아무리 좋은 기능을 가지고 있어도 사용자는 그것을 알길이 없다. 따라서 기존의 제품을 대체하는 새로운 제품이라면 적어도 기존가격에서 소비자가 타당하다고 생각할 만한 가격대를 형성해야만 한다. 그렇기 때문에 새로운 제품의 가격은 중요한 요소이다.

LED 램프를 생각해보자. 기존에 형광등이 약 7천원에서 8천원 사이인데, LED 형광등이

15,000원을 넘어서면 선뜻 뜻 손이 가지 않는다. 아무리 좋은 기능과 수명을 가지고 있더라도 써보지 않았기 때문에 기존 제품과 자격차이가 너무 크다면 망설여지는 것은 당연하다.

우리에게 있어서 전기차의 가격 2만 5000 달러는 이런 의미이다.

 즉 소비자가 전기차에 대한 진입에 대해 망설이지 않는 최소한의 가격이 바로 25,000 달러 인 것이다. 그렇기 때문에 전기차가 대중화하기 위해선 이 가격대 이하의 제품을 개발하는 것이 가장 중요한 일이다.

이미 전기차를 제조하는 완성차 업체들은 25000 달러 타겟으로 전기차를 개발하고 있기는 하지만 아직까지 높은 배터리 가격과 개발 비용으로 그 한계를 넘기 힘든 실정이다. 지금과는 다른 전혀 새로운 접근이 필요한 시기이다. 당연히 저가 EV 시장에 선두주자는 테슬라라고 할 수 있다. 폭스바겐이나 중국의 BYD 같은 경우 강력한 경쟁자라고 할 수 있다. 하지만 무엇보다도 EV 제조 공정의 혁신을 가져온 건 테슬라이기 때문에 경쟁에서 가장 앞서 있다는 점은 누구도 부인하기 힘들다.

최근 테슬라 내부 인원의 말해 따르면 테슬라는 기가팩토리 베를린에서 저가 EV의 생산을 추진하고 있는 것으로 보인다. 물론 아직까지 테슬라에서 공식적으로 밝히고 있지는 않지만.

기가팩토리 베를린이 가장 유력한 생산지로 보이며 만일 다른 사이트를 생각하고 있다면 인도와 멕시코 정도가 그 대안이 될 것이다.

테슬라의 협력사의 정보에 따르면 이미 25000 달러 전기차 개발을 위해 메가 캐스팅 제작에 들어갔다. 또한 23년 하반기부터 급격하게 떨어지고 있는 리튬 가격 등 배터리 원재료 가격인하로 인해 자체 배터리의 단가를 혁신적으로 낮출 수 있어서 중저가의 EV를 개발하는데 더욱 좋은 환경이 구축되고 있다라는 평가다.

물론 저가 제품의 경우 중국산 LFP 배터리를 적용할 가능성이 매우 높다. 역시나 리튬 가격이 상당히 떨어졌기 때문에 25,000달러 전기차 개발에 청신호라고 하겠다. 전기차의 수요가 급감하고 있는 것을 걱정하고 있는 이 시점이 오히려 역설적으로 가장 대중적인 가격대의 전기차 개발의 호기가 되고 있는 것이다.

4680 배터리의 경쟁력을 분석해 보자

 테슬라 4680배터리의 경쟁력 

높은 에너지 밀도: Tesla의 4680 배터리는 높은 에너지 밀도를 가지고 있어서, 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 이는 차량의 주행 거리를 늘리거나, 배터리의 크기를 줄이는 등의 장점을 제공합니다.

긴 수명: Tesla의 4680 배터리는 더 오래 사용할 수 있는 긴 수명을 가지고 있습니다. 이는 배터리 교체 주기를 줄이고, 더 낮은 수명을 가진 배터리보다 더 경제적인 사용을 가능하게 합니다.

빠른 충전 속도: Tesla의 4680 배터리는 빠른 충전 속도를 가지고 있습니다. 이는 차량을 충전하는 시간을 줄이고, 더 효율적인 에너지 관리를 가능하게 합니다.

낮은 비용: Tesla의 4680 배터리는 생산 비용이 낮습니다. 이는 Tesla가 차량 가격을 더 낮게 유지할 수 있도록 도와줍니다.

높은 신뢰성: Tesla의 4680 배터리는 높은 신뢰성을 가지고 있습니다. 이는 안전한 운전을 보장하며, 배터리 고장으로 인한 차량 정지 등의 문제를 최소화합니다.

이러한 경쟁력들로 인해 Tesla의 4680 배터리는 전기 자동차 산업에서 큰 관심을 받고 있으며, 더 많은 자동차 제조사들이 Tesla와 경쟁하기 위해 비슷한 기술을 개발하고 있습니다.

4680 배터리의 에너지 밀도가 높은 이유 

Tesla의 4680 배터리가 높은 에너지 밀도를 가지는 이유는 여러 가지 요인들이 결합되어 있습니다.

첫째, 4680 배터리는 기존의 2170 배터리보다 더 큰 크기를 가지고 있습니다. 크기가 더 크다는 것은 배터리 내부에 더 많은 화학 물질을 담을 수 있다는 것을 의미하며, 이는 더 많은 에너지를 저장할 수 있도록 합니다.

둘째, 4680 배터리는 새로운 세라믹 기술을 사용하여 만들어졌습니다. 이 새로운 기술은 기존의 그래핀 기술보다 더 높은 에너지 밀도와 더 높은 안전성을 제공합니다.

셋째, 4680 배터리는 니켈 도금된 코발트 프리 카테고리를 사용합니다. 코발트는 비싸고 노동 집약적인 과정으로 생산되어, 배터리 제조 비용을 높일 수 있습니다. 따라서 코발트 대신 니켈을 사용함으로써 배터리 제조 비용을 줄일 수 있으며, 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있습니다.

넷째, 4680 배터리는 새로운 형태의 셀 디자인을 사용합니다. 이 디자인은 기존의 배터리 셀보다 더 효율적인 열 관리와 충전/방전 성능을 제공합니다.

이러한 요인들이 결합하여, Tesla의 4680 배터리는 더 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다. 이는 전기 자동차 산업에서 더 높은 주행 거리와 더 나은 성능을 제공할 수 있게 합니다.

4680 배터리의 디자인 

Tesla의 4680 배터리는 열관리에 특화된 디자인을 가지고 있습니다. 배터리의 충전 및 방전 과정에서 발생하는 열은 배터리의 수명과 안전성에 영향을 미칩니다. 따라서, 열을 효과적으로 제어하는 것은 배터리의 성능과 수명을 개선하는 데 중요합니다.

4680 배터리의 셀 디자인은 내부에서 열을 효과적으로 분산시키는 구조로 되어 있습니다. 이러한 디자인은 열이 셀 내부에서 일어난 곳에서부터 적극적으로 분산되어 셀의 전체적인 온도가 일정하게 유지되도록 합니다.

또한, 4680 배터리는 열 확산을 촉진하는 새로운 재료를 사용하고 있습니다. 이러한 재료는 열이 셀 내부에서 빠르게 전달되도록 하여, 열이 축적되는 것을 방지합니다.

마지막으로, 4680 배터리는 냉각 시스템과 함께 사용될 수 있도록 설계되었습니다. 이러한 냉각 시스템은 배터리 내부의 열을 빠르게 제거하여 배터리를 보다 안전하고 효율적으로 운영할 수 있도록 합니다.

이러한 열 관리 디자인은 배터리의 안전성과 수명을 크게 향상시키며, 전기 자동차 산업에서 더 나은 성능과 경제성을 제공합니다.

비밀은 텝리스에 있다. 

Tesla의 4680 배터리는 탭리스 공정으로 제조됩니다. 기존의 배터리 제조 방식에서는 배터리 셀과 연결하기 위해 탭(금속 연결 부품)을 사용했습니다. 하지만, 탭은 추가적인 부피와 무게를 가지고 있으며, 배터리의 안전성과 내구성에도 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서, 탭을 사용하지 않고도 배터리를 안정적으로 제조할 수 있는 탭리스 공정이 개발되었습니다. 탭리스 공정은 일반적으로 두 개의 전극(양극과 음극)을 중앙에서 연결한 형태의 배터리를 제조합니다. 이러한 구조는 배터리의 에너지 밀도와 안전성을 개선할 수 있습니다.

4680 배터리의 탭리스 공정은 다음과 같이 진행됩니다. 먼저, 양극과 음극을 각각 롤 형태로 만듭니다. 그리고 이를 적층하여 밀집된 구조의 롤 형태로 만듭니다. 이후, 전극 사이에 분리막을 삽입하여 전극이 서로 닿지 않게 합니다.

이렇게 만들어진 롤 구조의 배터리는 나선형으로 쌓인 형태로 되어 있으며, 전기적으로 연결하기 위해 일련의 절차를 거칩니다. 이러한 절차는 기존의 탭을 사용하는 방식과는 다르게, 각 전극을 통해 전기를 전달하도록 설계되어 있습니다.

탭리스 공정을 사용함으로써, 4680 배터리는 더 높은 에너지 밀도와 안전성을 제공하면서도 더 가볍고 작은 크기의 배터리를 제조할 수 있습니다. 또한, 배터리 내부에 탭이 없기 때문에 내부 저항이 줄어들어 배터리의 충전 및 방전 속도가 빨라집니다.

싱글탭 vs 멀티탭 

배터리 탭은 금속 연결 부품으로, 배터리 셀과 전선을 연결하는 역할을 합니다. 배터리 제조에서는 싱글탭공정과 멀티탭공정 두 가지 방식이 일반적으로 사용됩니다.

싱글탭공정은 각 셀마다 하나의 탭을 부착하는 방식입니다. 이 방식은 간단하고 비용이 저렴하지만, 탭이 배터리 내부에서 많은 공간을 차지하게 되어 에너지 밀도를 제한할 수 있습니다.

반면, 멀티탭공정은 각 셀에 여러 개의 탭을 부착하는 방식입니다. 이 방식은 싱글탭공정에 비해 보다 많은 연결점을 제공하여 에너지 밀도를 높일 수 있습니다. 또한, 멀티탭공정은 전류의 흐름이 균일하게 이루어져 배터리의 수명을 늘릴 수 있습니다.

하지만, 멀티탭공정은 탭 부착이 복잡하고, 탭의 수가 증가함에 따라 생산 비용이 높아집니다. 또한, 탭이 배터리 내부에서 공간을 차지하게 되어 배터리의 크기와 무게가 증가할 수 있습니다.

최근에는 탭리스 공정이 개발되어, 탭을 사용하지 않고도 안정적으로 배터리를 제조할 수 있게 되었습니다. 탭리스 공정을 사용하면, 탭의 추가 부피와 무게 없이도 배터리의 에너지 밀도를 높일 수 있으며, 내부 저항이 줄어들어 충전 및 방전 속도가 빨라집니다.

조성 

양극재의 경우 효율개선을 위해 기존 2170에 사용되었던  NCM 타입에서 NCMA타입의 4원계를 적용하고 가격이 비싼 코발트의 비중을 줄여나가는 방향으로 진행되고 있습니다. 

음극재의 경우 기타 모델들이 흑연을 주재료로 하는 것과 달리 테슬라는 실리콘의 함유량을 5~20%까지 확대하려고 하고 있습니다. 그이유는 잘 알려져 있다시피 충.방전 사이클에 다른 부피변화에 따른 스트레스를 최소화 하는데 있습니다. 충방전 시 지속적인 팽창. 수축은 배터리의 구조적인 불안정성을 유발하게 되어 배터리 안전성 면에서 부적절한 요소이므로 반드시 개선되어야 하는 문제이기도 합니다.