[비즈니스포스트] 지난 9월26일 발생한 대전 유성구 국가정보자원관리원 화재가 리튬이온 배터리에서 발화된 것으로 확인되며, 2차전지의 안전성 기준이 더 강화될 것으로 보인다.

지난해 발생한 인천 청라 아파트 전기차 화재 등 배터리 화재 사고가 막대한 재산피해와 국민 불편을 발생시키고 있어 배터리 안전성이 다시 도마 위에 올랐다.
 
이에 따라 국내 배터리 3사는 배터리 열폭주 현상을 방지하고, 안전성을 끌어올리기 위해 화재 방지 기술 개발에 속도를 내고 있다.

9일 배터리 업계 취재를 종합하면 LG에너지솔루션, SK온, 삼성SDI 등 국내 배터리 3사의 화재 예방기술 개발 현황에 관심이 쏠리고 있다.

배터리 화재는 주로 열폭주와 열전이 현상으로 발생한다. 

열폭주는 배터리 내부 셀이 과열돼 리튬 전해질이 연소되며 가스가 누출되고, 강렬한 열이 발생하는 현상이다. 이렇게 발생한 열이 다른 배터리 셀로 옮아가는 현상이 열전이다.

배터리 업계의 화재 예방기술도 이러한 열폭주와 열전이를 막는 게 핵심이다.

LG에너지솔루션은 배터리관리시스템(BMS) 고도화를 통해 배터리 안전성을 강화하는데 집중하고 있다. 배터리의 노후화 진단을 고도화해 배터리 결함을 조기에 발견하고 조치를 내리는데 중점을 둔 것으로 풀이된다.

BMS는 전압, 전류, 온도를 실시간으로 감시해 과충전이나 과방전, 과열을 사전에 방지하는 기술이다. 회사는 지난해 3월 퀄컴과 협력을 통해 BMS에 고성능 컴퓨팅 기술을 활용해 기존 BMS 대비 더 많은 데이터를 확보할 수 있도록 성능 개선에 나섰고, 지난해 12월에는 해당 BMS 상용화를 시작했다.

회사는 BMS 기술력을 바탕으로 지난해 9월 BMS 서비스 전문 브랜드 'B.around(비.어라운드)'를 출범시켰다.

당시 클라우드와 인공지능(AI) 기술을 활용해 배터리 셀 별 실시간 모니터링 솔루션과 AI 컴퓨팅을 적용한 배터리 상태 진단 솔루션이 공개됐다. 이를 통해 배터리 잔존 용량과 퇴화 상태를 실시간 진단해 노후화로 인한 화재 가능성을 차단한다는 게 회사 측 설명이다.  

또 모듈 단위에서 열전이를 방지하는 설계를 적용, 화재가 번지는 것을 최소화하는 기술도 도입했다.

 
SK온은 배터리셀 내부 설계를 개선해 화재 위험을 낮추는데 중점을 두고 있다. 

지난 2023년 개발한 열 차단막과 냉각 플레이트를 적용한 설계는 배터리셀 내부에서 열이 확산되는 것을 방지하는 솔루션이다.

또 SK엔무브와 공동 개발한 액침 냉각 기술을 올해 3월 인터배터리 2025 전시회에서 첫 공개했다. 

액침냉각은 절연성 냉각 액체를 배터리 팩 내부에 순환시켜 열을 효과적으로 방출하는 방식이다. 냉매를 배터리 셀과 직접 닿게 만들어 기존 공랭식, 수랭식 등 간접 냉각보다 배터리 온도를 낮게 유지하는 데 효율적이다.

SK온은 곧 개발을 완료할 독자 무선 BMS와 액침냉각 기술을 결합해 배터리 안전성을 높인다는 계획이다.  

삼성SDI는 배터리의 안전성을 높이고 열 확산을 차단하는 No-TP(Thermal Propagation) 기술을 개발하고 있다. 

No-TP 기술을 적용하면 셀과 셀 사이에 적용된 안전 소재와 하부 냉각판 등을 통해 다른 셀로 열이 전이되는 것이 물리적으로 차단된다.

또 회사의 주력 에너지저장장치(ESS) 제품 '삼성배터리박스(SBB)'에는 함침식 소화기술(EDI)을 적용했다. 함침식 소화 기술은 ESS 내부의 배터리 셀에서 열이 발생하면 배터리 모듈 내부와 연결된 파이프를 통해 소화 약제를 직접 분사하는 기술이다. 

다만 리튬이온 배터리의 구조 상 화재 발생 가능성을 완전히 제거할 수 없다는 의견이 지배적이다. 전문가들은 화재 발생 가능성이 매우 낮은 전고체 배터리를 개발에 속도를 내야 한다고 입을 모으고 있다. 

전고체 배터리는 기존 리튬이온배터리의 액체 전해질을 고체로 전환한 제품이다. 

기존 리튬이온 배터리에 사용되는 액체 전해질은 누출 가능성이 높고, 손상이나 과열 시 화재 발생 위험이 높다. 반면 전고체 배터리는 가연성 물질인 액체 전해질을 불연성 물질인 고체 전해질로 대체하기 때문에 발화 가능성이 적다.

국내 배터리 3사는 전고체 배터리 상용화에 더욱 속도를 낼 것으로 예상된다. 각사 발표에 따르면 현재 삼성SDI는 2027년, SK온은 2029년, LG에너지솔루션은 2030년 상용화를 목표로 하고 있다. 최재원 기자