IoT를 넘어 BoT로…소형 배터리의 진화, 초연결 시대를 열다

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입력 2022-05-03 15:32   수정 2022-05-03 16:21

IoT를 넘어 BoT로…소형 배터리의 진화, 초연결 시대를 열다

리튬이온배터리는 크기와 용량에 따라 소형, 중형, 대형으로 구분할 수 있는데요. 소형 배터리는 보통 한 손에 잡힐 정도로 콤팩트한 배터리 셀을 뜻합니다. 소형 배터리는 외관의 형태에 따라 원통형, 각형, 파우치형으로 구분되는데요. 보통 전동공구, 스마트폰, 노트북 등에 주로 채용돼 왔지만, 최근에는 전기오토바이, 전기자동차, 에너지저장장치(ESS) 등으로 적용 분야를 점차 확대해 나가고 있습니다.
애플리케이션 다양화로 성장하는 소형 배터리 시장

소형 배터리는 2000년대 휴대폰 및 노트북 등과 같은 정보기술(IT) 기기의 폭발적인 성장세를 바탕으로 시장을 키워왔습니다. 특히 각형 배터리는 주요 휴대폰에 탑재되며 소형 배터리 내에서 50% 이상의 비중을 차지했고 노트북에는 원통형 배터리가 주요 사용됐습니다.

하지만 소형 배터리는 노트북의 슬림화, 스마트폰 고성장, 태블릿 등장으로 원통형, 각형, 파우치 배터리 3형제 위상에 조금씩 변화가 생겼습니다. 노트북에 주로 채용되던 원통형 배터리는 2011년을 정점으로 점차 탑재량이 감소하고, 소형 배터리 성장을 이끌던 각형 배터리는 슬림한 디자인 추구, 방수기능 강화 등의 소비자 니즈에 따라 파우치 배터리로 전환되며 그 시장이 급격히 축소됐습니다.


주춤하고 있던 소형 배터리는 원통형 배터리를 통해 다시 부흥을 맞게 됩니다. 미주 중심의 건설 경기 호황으로 인한 무선 전동공구 시장의 고성장과 청소기, 골프카트, 전기차 같은 새로운 애플리케이션이 시장에 등장했기 때문입니다. 스마트폰, 노트북 등에서도 파우치 배터리 채택이 증가하고, 무선 이어폰 같은 웨어러블 기기 시장도 본궤도에 오르며 소형 배터리는 2021년 116억 개로 전년 대비 23% 성장했습니다.
소형 배터리, BoT 시대 이끈다
‘BoT(Battery of Things·사물 배터리) 시대’라는 말 들어보셨나요? BoT 시대란 IT 기기와 운송수단 등 사람이 활용하는 모든 사물에 배터리가 동력원으로 활용되고, 배터리가 미래 에너지 산업의 핵심이 되는 것을 의미합니다. 모든 사물이 인터넷으로 연결되는 IoT 시대를 맞아 무엇보다 중요한 것이 바로 배터리라고 할 수 있습니다.

최근에 근거리 주행이 가능한 소형 이동수단인 전동 킥보드, 전기자전거 등을 타고 다니는 사람들을 거리에서 쉽게 만나볼 수 있는데요. ‘마이크로 모빌리티’라고 불리는 이 같은 이동수단은 교통 문제 해결의 새로운 대안으로 떠오르고 있는데 이런 제품들에는 원통형 배터리가 주로 장착되고 있습니다.

이뿐만 아니라 전동공구, 정원공구, 무선청소기 같은 소형 가전제품에도 고출력 배터리를 탑재해 사용 편의성과 휴대성이 강화된 제품이 대거 출시됐고, 전기자동차에서도 스타트업을 중심으로 원통형 배터리 장착이 증가하고 있어 원통형 배터리 시장은 더욱 확대될 전망입니다. 또 파우치형 배터리는 스마트폰과 노트북에 더욱 확대될 것으로 예상되는 가운데, 웨어러블 기기 시장의 성장도 파우치 배터리의 성장세를 유지할 것으로 보입니다.

삼성SDI는 소비자들의 이런 환경에 조금 더 도움을 드리고자 안전하면서도 고성능고품질의 다양한 배터리를 연구개발하고 있고, 고성능고용량을 위한 새로운 규격의 ‘21700’ 원통형 배터리를 개발해 시장을 선도하고 있으며, 이보다 더 큰 사이즈의 원통형 배터리도 개발하고 있습니다.
손톱 크기지만 강한 성능…무선이어폰의 심장 '코인셀·미니셀'
배터리 혁신…웨어러블 시대 앞당겨

소형 배터리 중 주목할 만한 제품으로 웨어러블 배터리가 있습니다. 웨어러블 배터리는 우리 몸에 착용해 자유롭게 이동 가능한 웨어러블 기기에 장착되는 배터리로 기기의 특징을 반영해 다양한 형태로 제작됩니다.

이런 배터리들은 제품 용도에 따라 다양하게 개발되고 있으며, 에너지 밀도가 높아 작지만 오래 사용 가능하다는 특징이 있습니다. 삼성SDI 웨어러블 배터리의 시작은 꽤 오래됐습니다.

삼성SDI는 2014년 세계 최대 용량의 스마트밴드용 커브드 배터리를 출시했는데요, 기존 사각형의 파우치형 배터리를 육각형 형태로 개발해 웨어러블 기기의 공간 효율을 극대화하는 데 기여했죠.
○웨어러블 시대 촉진제
이런 배터리의 혁신은 향후 급성장이 예상되는 웨어러블 시대를 한걸음 앞당기는 촉진제 역할을 톡톡히 했습니다. 최소한의 크기에서 최대의 에너지를 얻을 수 있게 하는 배터리 기술은 웨어러블 기기의 심장과도 같은데요. 웨어러블 기기 시장의 성장과 발전을 위해 배터리 기술의 발전이 절대적으로 필요한 이유이기도 합니다.

현재 스마트워치, 피트니스밴드 등 전통적인 웨어러블 제품이 성장하는 가운데 TWS(True Wireless Stereo)로 불리는 무선이어폰 제품이 소비자로부터 큰 호응을 얻으며 전체 웨어러블 시장 또한 크게 확대되고 있습니다.

시장조사기관 카날리스에 따르면 2021년 4분기에 TWS 출하량이 21% 증가해 1억380만 대를 기록하며 분기당 처음으로 1억 대를 넘어섰다고 합니다. 2021년 연간 출하량은 3억 대 수준에 육박할 정도로 빠른 성장세를 보이면서 보편화 단계에 접어들고 있다고 평가되고 있습니다.

유선이어폰을 쓸 때 얽히고설키던 선이 없어지면서 보다 편리하게 이어폰을 사용할 수 있게 됐고, 팬시한 형태로 또 하나의 액세서리와 같은 역할도 하고 있습니다. 물론 유선이어폰을 그리워하고 여전히 사용하는 유저들도 많지만, 무선이어폰 시장은 날로 성장해가고 있죠.
○무선이어폰 가능케 한 배터리 기술

이런 무선이어폰의 사용이 가능하게 된 기술력 중 하나가 배터리 기술의 발달입니다. 귀에 쏙 들어가는 이어폰보다 더 작은 사이즈의 배터리! 이런 무선이어폰에도 삼성SDI의 배터리가 들어갑니다. 지난 3월 인터배터리에서 삼성SDI는 초소형 손톱 크기의 코인셀 배터리를 전시했는데, 이는 공간 효율성을 확대해 기존 제품에 비해 용량을 높이고, 다양한 사이즈로 제작할 수 있다는 장점을 지니고 있습니다.

삼성SDI는 시장이 요구하는 작고 슬림한 디자인의 코인셀과 미니셀을 개발해 갤럭시 버즈 라이브, 갤럭시 워치 등의 앱에 공급하고 있죠. 이름에서 알 수 있듯이 작은 동전(코인·coin) 모양을 닮아 코인셀이라고 불리는데요. 이 작은 배터리 속에도 물론 배터리의 4대 구성 요소인 양극, 음극, 분리막, 전해액이 모두 들어갈 뿐 아니라 몸에 밀접하게 붙여서 사용하는 배터리인 만큼 안전성 역시 매우 중요하기 때문에 만들기가 쉽지 않은 배터리 중 하나입니다.

시장에서 통용되고 있는 지름 18㎜, 높이 65㎜의 18650 원통형 배터리를 생각해보면, 코인셀은 그에 비해 지름 12㎜, 높이 5.4㎜로 부피가 20분의 1 정도밖에 되지 않죠. 이런 코인셀은 비록 작지만 강한 성능을 가지고 있습니다. 무선이어폰이 초기에는 사운드를 전달하는 이어폰 고유의 목적에 주력했다면 이제는 액티브 노이즈 캔슬링을 비롯해 인공지능(AI) 구동 등 다양한 기능의 구현을 필요로 합니다. 이를 위해 배터리 역시 높은 에너지 밀도가 요구되고 있습니다. 사용자 편리성을 위한 급속 충전 역시 마찬가지겠죠.

삼성SDI


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