갈아 끼우던 시절 '안녕'… 스마트폰 보조배터리, 이제 필요없다?

해마다 늘어나는 용량… 배터리, 안보이는 곳에서 '3배' 세졌다

스마트폰 배터리가 뚜벅뚜벅 성장세를 이어간다. /사진=이미지투데이

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보조배터리 필요없다고?… '내 스마트폰 배터리 용량은'

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코로나19 확산으로 오프라인 교류도 멈춰버린 요즘이다. 과거 IT 관련 행사 기념품이나 기업 판촉물 IT제품으로 흔히 USB저장장치와 보조배터리가 널리 이용됐다. 가성비가 뛰어나다는 이유도 있지만 그만큼 널리 쓰였기 때문이다. 그런데 언젠가부터 보조배터리가 조금씩 자취를 감춰갔다. 스마트폰 배터리가 점점 더 오래가면서부터다.

◆스마트폰 배터리 용량, 10년 동안 3배 됐다

스마트폰 배터리가 다 떨어져서 당황했던 경험은 누구나 한 번쯤 갖고 있을 것이다. 스마트폰이 일상과 업무 속에 점점 더 깊숙이 자리하면서 사용 불가능한 상황에서 겪게 되는 곤란도 갈수록 심해진다. 하지만 다행스럽게도 그 빈도가 예전보다 줄어들고 있다. 배터리 용량도 함께 늘어나고 있기 때문이다.

삼성전자 갤럭시S 시리즈 기본형으로 비교해보면 과거 착탈형 일 때 ▲갤럭시S 1500㎃h(밀리암페어·배터리 용량 단위) ▲S2 1650㎃h ▲S3 2100㎃h ▲S4 2600㎃h ▲S5 2800㎃h 를 기록했다. 이후 내장형으로 바뀐 뒤 ▲S6 2550㎃h ▲S7·S8·S9 3000㎃h ▲S10 3400㎃h ▲S20·S21 4000㎃h로 늘어났다.

최근 시리즈 최상위 모델인 갤럭시S20·S21 울트라의 경우 5000㎃h의 배터리 용량을 지원한다. 2010년 갤럭시S가 처음 나온 뒤로 10년 동안 배터리 용량이 233% 증가했다. 수십배 빨라진 통신속도의 진화에는 비할 수 없겠지만 충분히 괄목할 만한 발전이다.

삼성SDI 관계자는 “배터리는 스마트폰의 심장과 같은 역할을 하며 사용 시간과 직결돼있다. 아무리 좋은 정보를 많이 갖고 있더라도 배터리가 뒷받침되지 않으면 제대로 활용하기 어렵다”며 “스마트폰 배터리에는 얇고 가벼운 디자인과 고에너지 밀도의 기술을 적용해 전체적인 배터리 크기는 유지하면서도 용량은 증가시킬 수 있었다”고 밝혔다.

삼성SDI 파우치 셀 /사진=삼성SDI

◆배터리 용량 증가 비결은 ‘고밀도’

배터리는 크게 1차전지와 2차전지로 나뉜다. 건전지처럼 방전되면 재사용 불가능한 배터리가 1차전지고 충전해서 다시 쓸 수 있는 배터리가 2차전지다. 2차전지 소재는 1990년대부터 리튬이온 배터리가 주류로 자리 잡고 있다. 다른 소재보다 빨리 충전되고 더 오래가며 무게는 가볍고 출력 밀도는 높다.

리튬이온 배터리를 이루는 4대 구성요소는 ▲양극 ▲음극 ▲전해질 ▲분리막이다. 리튬의 화학적 반응으로 전기를 생산하는 양극은 소재 원가의 35~40%를 차지한다. 양극의 리튬 포함 수준이 배터리 용량과 전압에 직결된다. 음극은 리튬이온을 저장했다가 방출하며 전류를 흐르게 하는 역할로 양극과 함께 배터리 성능을 결정짓는다. 양극으로 이동하면 방전이며 음극으로 이동하면 충전이다.

이 과정에서 이온의 이동을 돕는 매개체가 전해질이다. 최근에는 전해질을 액체에서 젤 형태로 바꿔 추위와 누출 등에 대비하는 리튬이온폴리머 배터리가 보편화됐다. 분리막은 양극과 음극의 접촉을 차단하는 역할로 과거 갤럭시노트7 폭발 이슈의 원인으로 이 부분의 결함이 지목되기도 했다. 전해질과 분리막이 배터리의 안정성을 담당하는 것이다.

스마트폰과 같은 소형 IT기기에는 주로 파우치형 배터리가 쓰인다. 원통형과 각형에 비해 공간활용도가 높고 패키징 효율도 90~95%로 뛰어나기 때문이다. 최근에는 버튼셀과 미니셀 등 다양한 형태의 프리폼 배터리가 무선이어폰이나 스마트워치에 적용되는 등 더욱 소형화되는 추세다.

지난해 LG화학에서 배터리 사업부문이 분사해 신설된 LG에너지솔루션 관계자는 “특허받은 ‘스택&폴딩’ 기술로 모바일기기에 적합한 고밀도 배터리를 구현했다”며 “전극을 쌓아 붙이고 접어서 전지를 만드는 방식으로 전극을 말아서 구현하는 기존과는 다르게 공간 효율이 뛰어나며 장시간 사용해도 구조적 변화가 없다”고 설명했다.

삼성SDI 관계자는 “고에너지밀도를 추구하면서도 얇고 가벼운 디자인을 적용해 소비자가 좀 더 편하게 사용할 수 있도록 하고 있다”면서 “안정성 높은 배터리 설계와 엄격히 관리되는 생산 공정을 통해 품질과 안전이 확보된 제품을 생산하고 있다”고 강조했다.

글로벌 스마트폰 배터리 시장 추이 /자료=스트래티지애널리틱스

◆세계 스마트폰 안에 K-배터리 있다

시장조사기관 ‘스트래티지애널리틱스’가 지난달 발표한 보고서에 따르면 2020년 3분기 출하된 스마트폰 배터리의 용량은 ▲4000~4500mAh 제품 33.7% ▲4500mAh 이상 제품이 31.5%를 차지한다. 이에 비해 2018년에는 3000~3500mAh 제품이 50.5%였고 4500mAh 이상 제품은 2%에 불과했다. 5G 도입·카메라와 디스플레이 성능 상향·게임 및 OTT(온라인동영상서비스) 이용 확산 등에 발맞춰 스마트폰 대당 배터리 용량이 눈에 띄게 늘고 있는 것으로 풀이된다.

이에 전체 스마트폰 판매량이 둔화되고 있음에도 스마트폰 배터리 시장은 견조한 성장세를 기록하고 있다. 지난해 3분기에는 총 4억860만대를 출하해 21억1490만달러 규모를 형성할 것으로 전망됐다. 전년 동기 대비 8.0%, 직전 분기 대비 26.6% 성장한 수치다.

수익 기준으로 기업별 점유율을 살펴보면 아이폰 배터리 물량에서 큰 비중을 차지하는 것으로 알려진 중국 ATL(CATL)이 41.2%로 가장 앞섰다. 국내 기업인 LG화학(현 LG에너지솔루션)이 27.3%, 삼성SDI가 15.1%로 그 뒤를 이었다. 이외 업체는 5% 이하 수준에 그쳤다.

최근 배터리 산업분야에는 전고체 배터리 바람이 강하게 불고 있다. 전해질을 고체로 바꿀 수 있다면 분리막 없이도 누출이나 고열로 인한 팽창 및 폭발 등의 위험에서 벗어날 수 있다. 더욱이 에너지 밀도도 높으며 충전 시간도 더 짧다. 배터리 산업에 혁신을 몰고 올 기술로 각광받으며 전기차 중심으로 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 국내 배터리 기업도 전고체 배터리 기술을 개발하고 있으며 스마트폰 적용도 추진하고 있다. 소비자에게는 배터리 편의성과 안정성을 가져다주고 기업에게는 시장 주도권을 거머쥐게 만들 게임체인저인 것이다.

LG에너지솔루션 관계자는 “전고체 배터리의 경우 현재 전해액을 사용하는 배터리보다 안전성이 뛰어나고 양·음극 이온화 진행 시 더욱 우수한 에너지 전달을 진행할 수 있다”며 “2026~2027년에 사용 가능 여부를 시험하는 단계까지 기술력을 끌어올리고 성공적일 경우 2028~2030년 상용화를 추진할 계획”이라고 말했다.

팽동현 기자 [email protected]

고성능 CPU와 고해상도 디스플레이로 인해 전력사용량이 늘어나자 배터리의 중요도가 커졌다. /사진=이미지투데이

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스마트폰 배터리, 어디가 최고… 알고 보니 다 똑같다?