지난 22일(현지시간) 테슬라가 미국 캘리포니아주 프리몬트 공장에서 '배터리 데이' 행사를 열고 자체 생산할 배터리 정보와 테슬라의 비전에 대해서 발표를 했습니다.
'배터리 데이' 행사에서 테슬라 CEO인 '일론 머스크'와 CTO인 '드류 바글리노'가 함께 연단에 올랐습니다. 이들은 약 1시간 가량 테슬라의 전기차와 배터리 등 다양한 현안에 대한 내용을 다뤘습니다.
새로운 배터리 그리고 자체생산
일론 머스크는 전기차의 원가 절감을 통한 대중화를 언급하였습니다. 일론 머스크에 의하면 배터리 공정혁신으로 배터리 가격을 지금보다 56%까지 낮출 수 있으며, 이를 통해 2022년까지 약 25,000달러(약 2900만원) 수준으로 전기차 가격을 낮추겠다는 구체적인 목표를 제시했습니다. 현재 5000만원~7000만원 수준인 '모델 3'의 가격을 3년 내에 절반 수준으로 낮추겠다는 것입니다.
이를 위해서 현재 전기차 가격의 40% 가량을 차지하고 있는 배터리의 가격이 좀 더 싸져야 합니다. 현재 삼원계 배터리를 기준으로 배터리 팩 가격은 kWh당 $135 가량입니다. 일론 머스크는 배터리 셀 디자인 변경과 공정 개선 등을 이용해 이를 $100 아래까지 낮출 예정입니다.
배터리 가격이 절반 가량 저렴해지면 내연기관보다 싼 전기차를 만들 수 있어 전기차의 보급이 급속도로 이뤄지는 대중화가 가능할 것으로 보고 있습니다.
테슬라는 배터리의 원가를 절감하기 위한 방법으로 5가지를 제시했습니다. 배터리 셀 디자인 변경, 공정 개선, 양극재 변경, 음극재 변경, 차량내 셀 비치 등이 5가지 방법에 해당합니다.
우선 배터리 셀의 디자인 변경을 언급했습니다.
테슬라가 전기차를 만들기 시작한 초창기 18650 배터리 셀을 사용했었습니다. 이 후 2017년 21700 배터리 셀로 변경하면서 50% 가량 에너지량을 증가해 효율 개선을 이룰 수 있었습니다.
이번에는 새로운 46800 배터리를 공개했습니다. 46800 배터리는 지름이 46mm, 높이가 80mm인 원통형 배터리 셀을 의미합니다.
이 배터리에는 테슬라의 탭리스(Tabless) 기술이 적용되었습니다. 탭리스 배터리는 전원 공급 장치와 배터리를 연결하는 '탭(Tab)'을 제거한 배터리입니다. 전자의 이동통로 역할을 했던 탭을 제거하고 배터리 면 전체를 활용해 전자를 이동시키는 기술로 면적이 넓어져 저항이 낮아지고 발열이 분산되는 효과를 얻을 수 있다고 합니다.
일론 머스크에 의하면 이 배터리를 이용하면 현재 테슬라 전기차에 사용중인 21700배터리와 비교해서 5배 많은 에너지 용량과 6배 높은 출력을 낼 수 있으며, 주행거리도 최대 16%가 늘어난다고 합니다. (에너지 밀도가 높아지는게 아니라 용량이 늘어나는 것으로 해석할 수 있겠습니다.)
테슬라는 탭리스 배터리와 관련해 지난 5월 특허를 출원했습니다.
테슬라의 새로운 배터리 셀은 캘리포니아주 프리몬트 공장에 위치한 파일럿 생산 라인에서 만들어 질 예정입니다. 일론 머스크는 이르면 내년 말까지 48600 배터리를 프리몬트 공장에서 생산할 것이라고 밝혔습니다.
'배터리 데이'에서 공정과 관련된 개선도 언급했습니다. 테슬라는 셀 팩토리에서의 기술 개선으로 KWh 당 $14의 비용을 줄일 수 있다고 강조했습니다.
기존에 네 단계로 이뤄지던 습식 공정을 지난해 테슬라가 인수한 '맥스웰 테크놀러지(Maxwell Technologies)'의 건식 전극 도포 공정으로 전환될 것으로 보입니다. 실제 공정에 적용 가능한 수준이 되면 배터리를 생산하는데 필요한 면적과 에너지가 10배 감소한다고 테슬라가 전했습니다. 다만 이 기술은 매우 어려운 기술이며 실제 배터리를 대량생산하기 위해서는 갈길이 멀다고 언급했습니다.
배터리 공장의 조립 라인을 재설계해서 공정을 효율적으로 만드는 부분에 대해서 언급되었습니다. 컨베이어 공정을 없애는 등 조립라인을 개선 설계해서 1개의 조립 라인에서 20GWh 배터리를 생산하며, 기존 대비 7배의 아웃풋을 만들어 낼 수 있다는 설명입니다.
이런 공정의 효율화를 통해 테슬라는 '테라 팩토리(Terafactory)'를 만들 겠다고 합니다.
테슬라는 신규로 건설하고 있는 베를린, 텍사스 공장을 더해 2022년까지 배터리 생산량 100GWh를 달성하겠다고 밝혔습니다. 100GWh라는 생산량은 현재 LG화학의 생산량과 비슷한 수준입니다. 2030년까지는 배터리 생산량을 3TWh까지 늘릴 예정이며, 자체 생산한 배터리를 외부에 판매도 할 것이라고 합니다.
음극재와 양극재에 대한 내용도 언급했습니다. 음극재로는 지구상에 가장 풍부한 자원 중 하나인 실리콘을 이용한 음극재가 사용될 예정입니다. 양극재로는 니켈 함량을 높인 하이니켈 양극재를 사용해 희토류 사용을 줄이고 원가를 절감할 예정이라고 합니다.
특히 코발트의 경우에는 가격도 문제이지만 코발트 생산지에서 아동 노동 착취 문제 등이 있습니다. (때문에 LG 화학 등 다른 배터리 업체들도 코발트를 사용하지 않는 배터리 기술을 개발하고 있습니다.)
또 한 리튬의 사용량이 늘어나는 만큼 배터리 재료 공급망을 확보하기 위해서 리튬 광산을 인수하는 한편 관련 자원의 재활용률을 늘리는 쪽으로도 효율화를 추진하고 있습니다.
이와 함께 차체 바닥에 배터리를 탑재하는 형태의 새로운 차체 개발 기술도 선보였습니다.
테슬라의 배터리 자체 제작 계획이 발표되면서 2차전지 시장에서 앞서가는 국내 배터리 3사가 긴장할 수 있습니다. 테슬라는 이미 10년 넘게 전기차를 판매하면서 배터리 충-방전 운영 및 상태 데이터를 보유하고 있습니다. 배터리 전지의 장단점을 잘 파악하고 있으며 기가 팩토리를 통해 생산 노하우와 관련된 기술도 어느정도 습득하고 있습니다. 여기에 지난해 배터리 셀 제조사인 '맥스웰 테크놀러지'와 '배터리 장비업체인 '하이바'를 인수하며 공정에 필요한 체계까지 갖췄습니다.
당분간은 투트랙 전략으로 자체 개발한 배터리와 외부에서 공급받은 배터리를 함께 사용할 것으로 보입니다. 전기차 수요를 빠르게 따라잡으려면 배터리 수요를 맞춰줄 공급라인이 필요하기 때문인데요. 일론 머스크 역시 이번 배터리 데이에서 LG화학, 파나소닉, CATL의 배터리 구매량을 늘리겠다고 공언했습니다.
사실 테슬라의 라이벌은 배터리 업계가 아닌 자동차 업계입니다. 일론 머스크가 언급한대로 전기차의 원가가 절감되어 저렴한 전기차가 나오게 되면 내연기관 차량의 가격 메리트가 떨어지게 됩니다. 내연기관에 대한 각종 규제가 예고되고 있어 기존 자동차 업계에서는 테슬라의 행보를 불안하게 지켜보고 있습니다.
포르쉐, 폭스바겐, BMW 등 기존의 자동차 생산 업체는 이 때문에 전기차로의 전환을 서두르고 있으며, 원가 경쟁을 위해 배터리 자체 생산에 나서고 있습니다.
포르쉐는 독일 튀빙겐 지역에 배터리 셀 생산 공장을 건설하고 있으며, BMW도 2022년 가동을 목표로 독일 뮌헨 인근에 배터리 셀을 생산하는 1만 4000㎡ 규모의 파일럿 공장도 짓고 있습니다.
국내 업체의 경우 전기차와 수소연료전지차 등을 생산하고 있지만 배터리 자체생산에는 손을 놓고 있는 상황입니다. 다만 국내 배터리 3사와의 긴밀한 협력에 공을 들이고 있습니다.
테슬라가 배터리 자체 생산을 언급하면서 전기차의 원가 절감 경쟁이 본격적으로 시작되었다고 봐도 무방할 것 같습니다. 테슬라는 올해 전기차 출하량 전망치를 51만 4500대로 예상했습니다. 올해초에 제시한 50만대의 목표치를 만족시킬 것으로 보입니다. 이 수치는 지난해 36만 7500대에서 40% 가량 성장한 것입니다.
이번 '배터리 데이' 행사는 앞으로 테슬라가 판매량 100만대를 넘어서 200만, 300만대까지 생산 판매하기 위해 준비하고 있는 내용을 공유하는 자리입니다.
다만 이렇게 생산성 개선 중심의 이야기로 채워진 배터리데이가 투자자들에게는 어필을 하지 못한 모양입니다. 배터리 데이 발표 이후 테슬라의 주가는 6% 남짓 급락했는데요. 아마 '전고체 배터리' 기술 같은 특별한 '원모어띵(One more thing)'을 기대한 것은 아닐까 싶습니다.
이번 '배터리 데이'에서 테슬라가 공개한 기술은 전혀 새로운 것들이 아닙니다. 이미 국내 배터리 업계에서도 연구하고 있는 기술입니다. 새로운 기술이 적용된 것은 아니고 공정 개선과 같이 "지금 하고 있는 것을 조금 더 잘해보겠다." 정도입니다.
하지만 테슬라가 시장을 주도하고 있는 것은 확실합니다. 테슬라가 직접 배터리 생산을 하면서 다른 시장 참여자들도 긴장하고 연구 개발에 박차를 가하게 될 것으로 보입니다.
완전자율주행 언급
일론 머스크는 "한달 뒤 완전자율주행으로 업데이트 된 오토파일럿 베타 서비스를 공개할 계획"이라고 '배터리 데이'에서 밝혔습니다.
테슬라의 자율주행 기술은 8개의 카메라를 이용한 비디오 분석 기반의 자율주행입니다. '라이다(Lidar)'나 '레이더(Radar)' 같은 센서를 적용하지 않고 사람이 눈으로 주변을 분석하고 운전하는 것처럼 8개의 카메라가 촬영한 각각의 이미지를 합성하여 3D 입체영상으로 주변을 파악하는 시스템을 사용하고 있습니다.
'라이다(Lidar)'나 '레이더(Radar)' 같은 센서를 사용하지 않기 때문에 원가절감을 할 수 있습니다만 그만큼 인식률이 낮아질 수 있다는 단점이 있습니다. 대표적으로 안개가 낀 날이나 눈이 오는날에는 주행이 매우 불안정해질 수 있습니다. 사람처럼요.
일론 머스크는 현재 테슬라의 자율주행 기술이 완전 자율주행 단계인 '레벨 5'에 근접했다고 자평하고 있습니다. 운전자의 개입이 전혀 없이 자동차 스스로 움직이는 단계입니다.
하지만 테슬라의 자율주행 모드에서 자꾸 사고가 발생하는 등 안전에 의문을 갖고 있습니다. 게다가 날씨가 좋은 캘리포니아와 도로가 쭉쭉 뻗어 있는 미국에서의 학습 위주로 되어 있기 때문에 테슬라의 자율주행이 대한민국에서 완전히 주행하기까지는 시간이 좀 더 걸릴 것 같습니다. (늘 말하는거지만 부산에서 자율주행이 되면 진짜 인정입니다)
일단 다음달에 나오는 자율주행 버전이 어느정도인지는 실물을 봐야하지 않을까 싶습니다. 업계에서는 완전 자율주행 시스템이 2030년 정도에 완성될 것이라고 보고 있는데요. 테슬라가 이 시기도 좀 더 땡길 수 있을지 모르겠습니다.
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