전기차 배터리, 전기차 화재에 대한 모든 것

전기차 배터리 구성 물질

전기차 배터리는 주로 리튬이온 배터리(Lithium-ion Battery)로 구성되어 있으며, 이 배터리는 몇 가지 핵심 물질로 이루어져 있습니다.

1. 양극(Positive Electrode): 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(Li-NMC), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(Li-NCA), 리튬 철 인산염(LiFePO₄) 등이 사용됩니다. 이 중 NMC(니켈-망간-코발트) 배터리는 에너지 밀도가 높아 전기차에 주로 사용됩니다.
2. 음극(Negative Electrode): 주로 흑연(Graphite)과 같은 탄소 기반 물질이 사용됩니다. 흑연은 리튬 이온을 저장할 수 있는 특성을 가지고 있어 음극 물질로 적합합니다.
3. 전해질(Electrolyte): 리튬염(Lithium salt)과 유기 용매로 구성된 액체 전해질이 사용되며, 이 전해질이 리튬 이온을 양극과 음극 사이로 이동시킵니다.
4. 분리막(Separator): 양극과 음극 사이에서 전기적 단락을 방지하면서도 리튬 이온의 이동을 허용하는 역할을 합니다. 주로 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP)으로 만들어집니다.

주요 전기차 배터리 제조사

2024년 전기차 배터리 시장은 몇몇 주요 제조사들이 주도하고 있습니다:

1. LG에너지솔루션: 한국을 대표하는 배터리 제조사로, 글로벌 시장에서 큰 점유율을 차지하고 있습니다. 테슬라, GM, 현대차 등 주요 자동차 제조사에 배터리를 공급하고 있습니다.
2. CATL(Contemporary Amperex Technology Co. Limited): 중국의 대표적인 배터리 제조사로, 세계 최대의 전기차 배터리 공급업체입니다. CATL은 주로 중국 내 전기차 제조사와 글로벌 파트너들에 배터리를 공급하고 있습니다.
3. 파나소닉(Panasonic): 일본의 배터리 제조사로, 테슬라와의 파트너십을 통해 전기차 배터리 시장에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
4. 삼성SDI: 또 다른 한국의 배터리 제조사로, BMW, 포드 등 주요 글로벌 자동차 제조사에 배터리를 공급하며 시장 점유율을 확대하고 있습니다.

2024년 전기차 배터리 시장 점유율

2024년 전기차 배터리 시장은 위의 주요 제조사들이 주도하고 있으며, 시장 점유율은 다음과 같은 분포를 보일 것으로 예상됩니다:

• CATL: 30-35%
• LG에너지솔루션: 20-25%
• 파나소닉: 10-15%
• 삼성SDI: 10-12%
• 기타 중소형 배터리 제조사들이 나머지 시장을 차지하고 있습니다.

전기차 화재

전기차 화재 발생 이유

전기차가 화재를 일으키는 주요 이유는 전기차 배터리, 특히 리튬이온 배터리의 특성 때문입니다. 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높아 전기차의 효율성을 크게 향상시켜주지만, 동시에 몇 가지 위험 요소를 가지고 있습니다:

• 열폭주(Thermal Runaway): 열폭주는 배터리 셀이 과열되거나 손상되었을 때 발생하는 현상으로, 셀 내부의 화학 반응이 가속화되면서 온도가 급격히 상승합니다. 이 과정에서 셀 내부의 전해질이 가열되어 가스가 발생하고, 이로 인해 폭발이나 화재가 발생할 수 있습니다. 열폭주는 다른 셀로 전파될 수 있어 화재가 쉽게 확대됩니다.

• 내부 단락(Internal Short Circuit): 배터리 셀 내부에서 음극과 양극이 직접적으로 접촉하는 단락이 발생할 경우, 전류가 급격히 증가하면서 열이 발생하고, 이로 인해 화재가 발생할 수 있습니다. 내부 단락은 제조 결함, 물리적 손상, 과충전 등 여러 가지 원인으로 발생할 수 있습니다.

• 충격 또는 손상: 전기차가 충돌 사고를 겪을 때, 배터리 팩이 물리적 충격을 받아 손상될 수 있습니다. 이 경우 배터리 셀 내부의 구조가 손상되면서 단락이나 열폭주가 발생할 수 있습니다.

• 과충전 및 방전: 배터리가 설계된 용량 이상으로 충전되거나 과도하게 방전되면, 내부의 화학적 안정성이 깨질 수 있습니다. 이러한 상황이 지속되면 배터리 셀이 손상되어 화재로 이어질 가능성이 있습니다.

전기차 화재 진압이 어려운 이유

전기차 화재를 진압하는 데 어려움이 따르는 이유는 다음과 같습니다:

• 지속적인 열폭주: 전기차의 리튬이온 배터리는 화재가 시작되면 열폭주 현상이 지속적으로 발생할 수 있습니다. 이는 하나의 셀에서 시작된 화재가 다른 셀로 연쇄적으로 전파되기 때문입니다. 배터리 팩 내부의 수백 개의 셀이 순차적으로 폭발하면서 화재가 쉽게 진압되지 않고 오랜 시간 동안 연소가 지속될 수 있습니다.

• 폭발 위험: 배터리 셀이 고온에 노출되면 내부 압력이 증가하여 폭발할 위험이 있습니다. 이로 인해 소방대원들이 직접적인 접근을 시도하기가 매우 위험하며, 진압 작업이 더 까다로워집니다.

• 전기적 위험: 배터리 팩에는 여전히 상당한 전압이 남아 있을 수 있어, 진압 과정에서 감전의 위험이 존재합니다. 전기적 위험을 피하기 위해 특수한 절연 장비가 필요하며, 이는 화재 진압을 더 복잡하게 만듭니다.

• 재발화 가능성: 전기차 배터리는 외부적으로 진압이 완료된 것처럼 보여도, 내부에서는 여전히 화학 반응이 일어나고 있을 수 있습니다. 이러한 경우, 배터리 내부에서 재발화가 일어날 수 있어, 화재가 완전히 진압되기 전에 추가적인 진압이 필요할 수 있습니다.

• 냉각의 어려움: 배터리 팩의 내부까지 물이나 소화약제를 충분히 침투시켜 냉각하는 것이 어렵습니다. 배터리 팩은 밀폐된 구조로 되어 있어, 외부에서 가해지는 소화액이 내부까지 도달하지 못해 화재가 장시간 지속될 수 있습니다.

전기차 화재는 배터리의 특성과 구조 때문에 발생하고, 그 진압이 매우 어렵습니다. 이러한 이유로, 전기차 제조사들은 배터리의 안전성을 높이기 위해 다양한 기술적 개선과 품질 관리를 강화하고 있으며, 소방 당국도 전기차 화재에 대비한 새로운 소방 기술과 장비를 개발하고 있습니다.

전기차 배터리 결함으로 인한 화재 사건

전기차 배터리의 결함으로 인한 화재 사건은 전기차 산업에서 큰 이슈로 부각되었습니다. 이러한 화재 사건은 주로 배터리의 제조 결함, 열폭주(Thermal Runaway), 충돌로 인한 물리적 손상, 과충전, 전기적 단락 등 다양한 원인으로 발생할 수 있습니다.

주요 화재사건

• GM 볼트 EV(Bolt EV) 리콜 사건:

1. 발생 시기: 2020-2021년
2. 사건 개요: GM의 볼트 EV에서 배터리 화재가 발생하는 사건이 여러 건 보고되었습니다. 문제의 원인은 LG에너지솔루션이 공급한 배터리 셀에서 발견된 제조 결함으로, 양극 탭과 분리막에서 발생한 문제로 인한 내부 단락이 주요 원인으로 지목되었습니다.
3. 조치: GM은 전 세계적으로 약 14만 대의 볼트 EV를 리콜하여 배터리를 교체하거나 수리하는 조치를 취했습니다. 이 사건으로 LG에너지솔루션은 큰 타격을 받았으며, 배터리 제조 공정에서의 품질 관리가 강화되었습니다.

• 테슬라 모델 S 화재 사건:

1. 발생 시기: 2019년
2. 사건 개요: 테슬라 모델 S에서 여러 차례 배터리 화재 사건이 발생했습니다. 일부 사건은 차량이 충전 중일 때 발생했고, 다른 일부는 충돌 후에 발생했습니다. 테슬라와 파나소닉이 공동으로 개발한 배터리 셀에서 발생한 문제로, 특히 열폭주 현상이 주된 원인으로 지목되었습니다.
3. 조치: 테슬라는 소프트웨어 업데이트를 통해 충전 속도와 충전량을 조정하는 방식으로 문제를 해결하려 했으며, 추가적인 배터리 보호 기술도 도입했습니다.

• 현대 코나 일렉트릭(Kona Electric) 화재 사건:

1. 발생 시기: 2020년
2. 사건 개요: 현대 코나 일렉트릭 모델에서 배터리 화재가 다수 보고되었습니다. 이 사건은 LG에너지솔루션이 공급한 배터리 셀에서의 결함이 원인으로 확인되었습니다. 문제는 배터리 셀 내부의 불량으로 인해 전기적 단락이 발생하여 화재로 이어진 것으로 밝혀졌습니다.
3. 조치: 현대자동차는 전 세계적으로 약 7만 대의 코나 일렉트릭을 리콜하여 배터리 교체 작업을 진행했습니다.

• 메르세데스-벤츠 EQC (전기차 모델):

1. 발생 시기: 2024년 7월
2. 사건 개요: 초기 조사에 따르면, 차량의 배터리에서 문제가 발생해 화재가 시작된 것으로 추정되었습니다. 사고 당시 차량은 충전 중이 아니었으며, 주차된 상태에서 배터리의 열폭주로 인해 화재가 발생한 것으로 보입니다.
3. 조치: 사고 후, 메르세데스-벤츠 코리아는 사고 원인을 규명하기 위해 조사에 착수했습니다. 또한, 해당 모델에 대한 추가적인 안전 점검과 함께 고객들에게 주의를 당부했습니다. 정부 당국도 이 사고에 대해 조사에 들어갔으며, 전기차 화재에 대한 안전 대책을 강화할 것을 논의 중입니다.

이러한 사건들은 전기차 배터리의 안전성이 얼마나 중요한지 강조해주며, 배터리 제조사들과 자동차 제조사들이 배터리의 품질과 안전성 확보에 더욱 많은 노력을 기울이도록 만들었습니다. 먹튀폴리스에서는 앞으로도 주요 전기차 배터리 사고에 대해서 신속하게 업데이트 해드릴 것을 약속 드립니다.

결론

전기차 배터리는 고도의 기술력과 안전성을 요구하는 핵심 부품으로, 관련 업계에서의 경쟁이 치열합니다. 2024년에는 CATL, LG에너지솔루션, 파나소닉 등의 주요 제조사들이 시장을 주도할 것으로 예상되며, 이들의 품질 관리와 혁신이 전기차 산업의 미래를 좌우할 것입니다. 하지만 배터리 결함으로 인한 화재와 같은 사건들은 여전히 큰 위험 요소로 남아 있으며, 이를 방지하기 위한 지속적인 기술 개발과 품질 관리가 필수적입니다.