🔋 전기차 배터리 만드는 방법과 공식 총정리 (2025년 기준)
전기차(EV)의 핵심은 바로 배터리입니다. 엔진 대신 전기 에너지로 움직이는 만큼, 배터리의 성능은 전기차의 주행 거리, 충전 속도, 수명 등에 직접적인 영향을 미칩니다. 그렇다면 전기차 배터리는 어떻게 만들어지며, 어떤 과학적 원리와 공식이 적용될까요?
이 글에서는 전기차 배터리의 구성부터 제조 공정, 전기화학적 반응, 에너지 밀도 계산, 배터리 효율을 구하는 공식까지 심층적으로 설명드리겠습니다. 전기차 산업을 이해하는 데 큰 도움이 될 것입니다. ⚙️🚗
🔋 전기차 배터리의 기본 구조
전기차에 주로 사용되는 배터리는 리튬이온 배터리(Li-ion)이며, 기본 구조는 다음과 같습니다.
- ➕ 양극(양전극, Cathode): 리튬 금속 산화물 (LiCoO₂, LiFePO₄ 등)
- ➖ 음극(음전극, Anode): 주로 흑연(Graphite)
- 🔄 전해질(Electrolyte): 리튬염(LiPF₆)이 녹은 액체
- 🧃 분리막(Separator): 양극과 음극 사이 이온만 통과 가능
배터리는 충전 시 리튬 이온이 음극으로 이동하고, 방전 시에는 다시 양극으로 이동하며 전류를 생성합니다.
🧪 전기화학 원리
1️⃣ 기본 반응식
충전 시:
LiCoO₂ → Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻ (양극)
C + xLi⁺ + xe⁻ → LiₓC₆ (음극)
방전 시에는 이 반응이 역으로 진행됩니다. 리튬 이온(Li⁺)은 전해질을 통해, 전자는 외부 회로를 통해 이동하며 전류를 발생시킵니다.
2️⃣ 옴의 법칙 & 배터리 저항
배터리 내부 저항 R을 고려하면, 출력 전압 V는 다음과 같이 표현됩니다:
V = E - I × R
- V: 출력 전압
- E: 기전력(EMF)
- I: 전류
- R: 내부 저항
⚡ 전기차 배터리의 에너지 계산 공식
1️⃣ 에너지량 (Wh) 계산
Energy (Wh) = 전압(V) × 용량(Ah)
예) 400V, 100Ah 배터리 → 400 × 100 = 40,000Wh = 40kWh
2️⃣ 에너지 밀도
단위 부피 또는 질량당 저장 가능한 에너지
Energy Density = Energy / Volume or Mass
리튬이온 배터리의 평균 에너지 밀도는 약 250~300Wh/kg입니다. 고성능 배터리는 350Wh/kg 이상 도달 가능.
🏭 전기차 배터리 제조 공정
🔧 1. 소재 준비
- 양극재: 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(NCM), LFP 등
- 음극재: 흑연(탄소 계열)
- 전해질: 리튬염 + 유기용매
🧪 2. 슬러리 제조 및 도포
- 양극/음극 활물질 + 바인더 혼합 → 슬러리
- 알루미늄/구리 포일에 코팅
🔥 3. 건조 & 압연
- 도포한 전극 시트를 건조
- 롤프레스로 압축해 밀도 증가
✂️ 4. 셀 조립
- 양극 + 분리막 + 음극 적층
- 파우치, 각형, 원통형 중 택일
🔋 5. 충방전 형성(Forming)
- 첫 충전 과정을 통해 SEI 형성
- 셀 성능 결정하는 중요한 단계
✅ 6. 테스트 및 품질관리
- 셀 저항, 출력, 용량 테스트
- 불량 셀 제거
- BMS(배터리관리시스템) 연동
📦 배터리 팩 구성
- 🔋 셀(Cell) → 모듈(Module) → 팩(Pack)
- EV 차량 1대에 약 100~400개의 셀 사용
- BMS 통해 충전, 방전, 온도, 안전 제어
셀 연결 공식
직렬 연결: 전압 증가
총 전압 = 셀 전압 × 직렬 개수
병렬 연결: 용량 증가
총 용량 = 셀 용량 × 병렬 개수
예) 셀 전압 3.7V, 100개 직렬 → 370V 셀 용량 5Ah, 10개 병렬 → 50Ah → 총 에너지: 370V × 50Ah = 18.5kWh
🚘 전기차 배터리 기술의 진화
- 🔋 고체전해질(Solid-State) 배터리 → 안전성 + 에너지 밀도 향상
- 🪫 실리콘 음극 → 흑연보다 10배 이상 저장 가능
- ⚛️ 리튬-황, 리튬-금속 기술 상용화 준비
- 🧠 AI 기반 셀 수명 예측 및 최적 충전 제어 기술
✅ 결론: 배터리는 전기차의 심장, 과학과 공학의 집약체! ⚙️🔋
전기차 배터리는 단순한 전력 저장 장치가 아니라, 화학, 물리, 기계, 전기전자 기술이 융합된 첨단 시스템입니다. 정확한 계산 공식과 구조 설계, 생산 공정 관리 없이는 고성능 배터리를 만들 수 없습니다.
배터리 효율은 주행 거리와 직결되며, 안정성과 수명은 사용자의 만족도와 안전에 영향을 줍니다. 따라서 배터리 설계와 제조는 전기차 산업의 핵심 경쟁력이라 할 수 있습니다.
앞으로의 전기차는 단순한 친환경 자동차가 아니라, 고효율 배터리와 스마트 제어 시스템이 결합된 미래형 모빌리티로 진화할 것입니다. 그 중심에 바로 배터리를 만드는 기술과 과학이 있습니다.
전기차의 심장, 배터리를 알고 이해하는 것이 EV 시대의 첫걸음입니다! 🚗⚡
※ 본 콘텐츠는 2025년 기준 한국에너지기술연구원, LG에너지솔루션, 삼성SDI, Panasonic, NREL(미 에너지연구소) 자료를 기반으로 작성되었습니다.