겨울철 전기차 주행거리, 배터리 소재보다 구조가 답일까? 3D 다공성 집전체 기술 분석

겨울철 전기차 주행거리, 배터리 소재보다 구조가 답일까? 3D 다공성 집전체 기술 분석

3문장 요약

2026년 9월 2일 공개된 자동차 기술 보도는 애디오닉스(Addionics)의 저온용 배터리 아키텍처를 조명했다. 핵심은 리튬이온 배터리의 화학조성을 교체하는 것이 아니라 평평한 금속박 집전체를 3차원 다공성 구조로 바꿔, 추운 환경에서 느려지는 이온 이동과 커지는 내부저항을 완화하는 것이다. 다만 제조사는 저온 성능 개선의 구체적인 시험온도·용량유지율·충전속도를 공개하지 않았으므로, 현재 단계에서는 상용 성능이 입증된 완성 배터리보다 제조 적용을 진행 중인 구조 플랫폼으로 평가해야 한다.

도입: 추위는 배터리 속 ‘교통체증’을 만든다

겨울철 전기차의 주행거리가 줄어드는 이유는 난방 전력만이 아니다. 온도가 내려가면 전해질의 점도가 높아지고 리튬이온의 이동과 전극 계면 반응이 느려진다. 내부저항이 커지면서 같은 전력을 내기 위해 더 큰 손실이 발생하고, 충전 중에는 흑연 음극에 리튬이 석출되는 리튬 플레이팅 위험도 높아진다.

9월 2일 공개된 자동차 기술 보도는 Addionics의 저온용 배터리 구조를 소개했다. 최초 기업 발표일은 8월 25일이다. 즉 오늘 새 제품이 처음 공개된 것이 아니라, 최근 발표된 기술이 오늘 전문 매체를 통해 다시 다뤄진 사례다. 8월 25일 원 발표

기술 원리: 집전체를 평면에서 3차원 구조로 바꾼다

집전체란 무엇인가

리튬이온 배터리의 양극과 음극에는 얇은 금속박이 들어간다. 보통 양극에는 알루미늄박, 음극에는 구리박을 사용한다. 이 금속박은 활물질에서 나온 전자를 모아 외부회로로 전달하므로 ‘집전체’라고 부른다.

일반 집전체는 평평한 2차원 포일이다. 여기에 활물질·바인더·도전재 슬러리를 코팅하고 압착해 전극을 만든다.

3D 다공성 집전체의 작동 방식

Addionics는 평평한 금속박 대신 미세한 구멍과 연결 구조를 가진 3차원 금속 집전체를 사용한다. 회사 설명에 따르면 이 구조는 다음 경로를 만든다.

전해질 침투 증가 → 리튬이온의 두께 방향 이동경로 단축 → 전자 전도경로 분산 → 국부 전류집중과 발열 감소

저온에서는 이온이 느리게 움직이기 때문에 이동거리와 계면저항의 영향이 더 커진다. 집전체에 관통형 경로가 생기면 전해질과 이온이 전극 내부에 접근하기 쉬워지고, 반응이 전극의 일부에 몰리는 현상을 줄일 가능성이 있다. Addionics 공식 기술 설명

쉽게 말하면 한쪽 출입구로만 드나들던 창고에 여러 통로를 추가하는 것과 비슷하다. 창고의 물건, 즉 배터리 화학소재는 그대로지만 이동 병목을 줄이는 방식이다.

무엇이 새로워졌나

확인된 사실

• 회사는 저온용 배터리 아키텍처를 EV, 전기트럭, 방산 드론, 우주·전기항공 분야에 제안했다.
• 기반 기술은 기존 2D 포일을 대체하는 Smart 3D Porous Current Collector다.
• 회사는 이 집전체가 특정 화학계와 셀 형상에 한정되지 않고 기존 코팅라인에 통합 가능한 롤투롤 방식이라고 설명한다.
• Addionics 공식 사이트는 기반 플랫폼에 대해 에너지밀도 최대 15%, 사이클수명 최대 50% 개선을 제시한다. 이 수치는 저온 전용 제품의 개선율과 동일하지 않다.
• 한국 배터리 장비기업 PNT와 데이터센터용 배터리 통합·시험을 진행하며 집전체를 공급하고 있다고 회사가 밝혔다. Addionics 기술·생산 현황

아직 공개되지 않은 것

저온용 신제품의 기준 셀, 배터리 화학계, 시험온도, 방전 C-rate, 용량 유지율, 충전시간 및 사이클수명 수치는 공개자료에서 확인되지 않는다. 완성차나 배터리 제조사의 채택도 확인되지 않았다.

따라서 ‘영하에서 주행거리를 몇 % 회복한다’고 계산할 근거는 아직 없다. 에너지밀도 최대 15% 개선이라는 기존 플랫폼 수치를 저온 주행거리 개선율로 바꾸어 해석해서도 안 된다.

산업·기업·시장에 미치는 영향

전기차·상용차

저온에서 사용할 수 있는 에너지와 출력이 늘어난다면 배터리 히팅에 소비되는 에너지를 줄이고, 겨울철 충전 제한을 완화할 수 있다. 장거리 전기트럭은 충전 지연이 운행계획과 적재수익에 직접 영향을 주기 때문에 승용차보다 경제적 가치가 클 수 있다.

휴머노이드·AMR·드론

로봇과 AMR은 배터리가 부족하면 작업을 중단하고 충전소로 이동한다. 냉동창고나 겨울철 야외 물류에서 유효용량이 줄어들면 필요한 로봇 대수까지 늘어난다. 동일 셀 크기에서 가동시간과 충전수용성을 유지할 수 있다면 장비 가동률 개선으로 연결될 수 있다.

드론과 eVTOL은 배터리 무게가 탑재중량과 항속거리를 결정하므로 별도 히터와 단열재를 줄이는 효과가 더 중요할 수 있다. 다만 항공 적용에는 자동차보다 높은 안전성과 인증자료가 필요하다.

배터리 소재·장비 공급망

이 기술은 양극재·음극재 경쟁과 별도로 동박·알루미늄박의 구조를 고부가가치화한다. 상용화되면 정밀 전기도금, 다공구조 성형, 롤투롤 검사, 코팅·압연 조건 최적화 장비의 수요가 생길 수 있다.

PNT와의 협력은 국내 장비기업이 단순 코터·롤프레스 공급을 넘어 차세대 전극 구조의 양산 공정 개발에 참여할 가능성을 보여준다. 그러나 양산 수율과 고객 인증 결과는 아직 공개되지 않았다.

엔지니어 관점의 핵심 쟁점

1. 저온 성능은 반드시 동일 조건으로 비교해야 한다

온도, SOC, 방전률, 셀 예열 여부가 달라지면 결과도 달라진다. 최소한 25°C, 0°C, -10°C, -20°C에서 용량·DC 내부저항·출력·급속충전 수용성을 기존 포일 셀과 같은 조건으로 비교해야 한다.

2. 부품 개선과 팩 주행거리 개선은 다르다

집전체가 셀 내부저항을 낮춰도 차량의 겨울 주행거리는 히트펌프, 실내난방, 타이어, 공기밀도, BMS 제한의 영향을 함께 받는다. 셀 시험 결과를 곧바로 차량 주행거리로 환산해서는 안 된다.

3. 늘어난 표면적의 부작용

3D 구조는 접촉면적과 반응 접근성을 높일 수 있지만, 전해액과의 부반응이나 부식 면적도 늘릴 수 있다. 금속 구조의 돌출부에 전류가 집중되지 않는지, 반복 충방전에서 구조가 손상되거나 활물질이 떨어지지 않는지 확인해야 한다.

4. 제조 수율과 코팅 균일성

기존 라인에 적용 가능하다는 설명과 기존 라인을 수정 없이 사용할 수 있다는 말은 다르다. 다공성 집전체에 슬러리가 얼마나 균일하게 침투하는지, 건조·압연 후 기공이 유지되는지, 포일 강도와 권취 안정성이 충분한지가 양산의 핵심이다.

5. 질량·부피·원가의 순효과

집전체 구조가 복잡해지면 금속 사용량과 제조공정이 달라진다. 셀 수준 Wh/kg과 Wh/L, 불량률, 미터당 집전체 원가, 생산속도를 함께 비교해야 한다. 성능이 좋아도 생산성이 낮으면 보급이 제한될 수 있다.

향후 관전 포인트

• 독립기관 또는 고객사가 저온 시험온도와 성능 개선율을 공개하는가
• 원통형·각형·파우치형 셀에서 동일한 효과가 재현되는가
• PNT와의 통합시험이 고객 인증 또는 양산 수주로 이어지는가
• 기존 롤투롤 라인의 생산속도와 수율을 유지할 수 있는가
• 리튬 플레이팅·내부단락·관통 안전성 평가 결과가 공개되는가
• 저온 성능 개선이 배터리 히터 축소와 팩 원가 절감으로 연결되는가

결론

Addionics의 접근법은 배터리 성능을 개선하기 위해 반드시 새로운 양극재나 전해질을 발명해야 하는 것은 아니라는 점을 보여준다. 전극 내부의 이온·전자·열 이동경로를 다시 설계하는 것만으로도 저온 병목을 완화할 가능성이 있다.

다만 현재 공개된 정보는 기술 원리와 적용 방향이 중심이고, 저온용 제품의 정량 성능은 부족하다. 가장 정확한 평가는 기존 리튬이온 화학계를 유지하면서 3D 다공성 집전체로 저온 수송저항을 줄이려는 양산지향형 구조 기술이며, 실제 우위는 동일 셀 비교시험과 생산수율 공개 후 판단해야 한다는 것이다.