4680 배터리

4680은 테슬라의 대형 원통형 리튬이온 배터리 셀이다. 리튬이온 배터리는 리튬 이온이 전하를 실어 나르는 충전식 배터리다. 4680이라는 이름이 곧 크기로, 지름 46mm에 높이 80mm다. 테슬라는 2020년 9월 22일 배터리 데이에서 이 셀을 공개했고, 일론 머스크와 당시 테슬라 파워트레인·에너지 엔지니어링 수석부사장이던 드루 배글리노가 발표를 맡았다. 전략은 셀을 키우고, 더 싸게 만들고, 배터리를 차 밑에 매단 받침대가 아닌 차체 뼈대의 일부로 만드는 것이었다.

4680 셀은 무엇인가?

4680은 D형 손전등 건전지보다 조금 큰 강철 캔이며, 테슬라는 수억 개 단위로 만들 수 있도록 설계했다. 계획은 사이버트럭을 시작으로 일부 모델 Y에 넣고, 이어 사이버캡과 세미까지 테슬라의 새 차종 전반에 쓰는 표준 셀로 만드는 것이었다. 목표는 전기차 가격을 끌어내릴 만큼 싸고 많이 만들 수 있는 셀이었다.

4680 셀을 만든 이유

테슬라가 앞서 쓴 소형 원통형 셀인 18650과 2170은 한계에 다다랐다. 일정 수준을 넘으면 작은 셀은 담는 에너지 대비 비용이 커지고, 수백만 개를 만드는 데 시간도 오래 걸린다. 그래서 테슬라는 캔 하나에 더 많은 에너지를 담는 큰 셀을 설계했다. 차 한 대에 만들고 연결해야 할 캔 수가 그만큼 줄어든다. 테슬라는 기존 2170 셀을 기준으로 목표를 세웠다.

셀 목표는 에너지 5배, 출력 6배, 주행거리 16% 증가였다. 테슬라 배터리의 kWh당 비용을 56% 낮추겠다는 배터리 데이 계획의 일부다. 56%포인트 가운데 14%포인트는 셀 설계가 맡고, 나머지는 더 저렴한 셀 공장, 새 음극재·양극재, 셀을 차체 구조에 넣는 방식이 맡기로 했다.

작동 원리

설계의 첫 번째 아이디어는 ‘탭리스’ 전극이다. 돌돌 만 금속박에서 작은 금속 탭 두어 개로 전류를 빼내는 대신, 금속박 전체 길이가 덮개에 연결된다. 내부 저항이 줄고 열이 잘 빠져 셀이 더 큰 출력을 내고 더 오래간다. 두 번째와 세 번째 아이디어는 소재다. 음극은 실리콘을 많이 넣어 리튬을 더 많이 담고, 양극은 니켈 함량을 높여 가장 비싼 금속인 코발트를 적게 쓴다. 네 번째 아이디어는 구조용 배터리 팩이다. 셀을 단단한 판 형태로 붙여 차 밑에 볼트로 단 받침대 대신 차체 뼈대의 일부로 만든다. 약 123kWh인 사이버트럭의 팩이 이를 가장 잘 보여 준다.

건식 전극 공정은 셀 밖에서는 보이지 않는다. 기존 전극은 젖은 슬러리를 바른 뒤 전력을 많이 쓰는 긴 오븐에서 구워 말린다. 테슬라의 공정은 마른 가루를 눌러 필름으로 만들어, 배터리 제조에서 에너지를 가장 많이 쓰는 용매와 오븐 단계를 건너뛴다.

4680 셀의 경제학

성과는 킬로와트시(kWh)당 비용으로 드러나도록 설계됐다. 테슬라는 텍사스 기가팩토리에서 설치 용량 40기가와트시(GWh) 규모의 4680 라인을 운영한다. 같은 곳에 자체 양극재 공장이 있고, 코퍼스크리스티 인근에는 리튬 정제 공장이 있다. 배터리 공급은 오랫동안 테슬라의 생산 대수를 좌우해 왔다. 셀을 직접 만들면 생산량, 이익률, 수입 셀 관세 부담을 더 잘 관리할 수 있다.

4680 현황

일론 머스크의 말처럼 모든 새 생산 라인은 천천히 출발한다. 새 부품과 공정이 많을수록 생산량을 끌어올리는 기간이 길어지고, 4680에는 새 공정이 많았다. 생산량 수치가 그 상승세를 보여 준다.

4680을 넣은 첫 차는 2022년 4월 텍사스 기가팩토리 개소 행사 ‘사이버 로데오’에서 인도됐다. 텍사스 기가팩토리는 2024년 6월 5,000만 번째 셀을 만들었고, 그해 9월 테슬라 공장들의 누적 생산량은 1억 개를 넘었다. 비용에 가장 중요한 단계가 뒤를 이었다. 테슬라는 2026년 1월 28일 발표한 2025년 4분기 실적 자료에서 오스틴에서 음극과 양극을 모두 건식 공정으로 만들고 있으며, 자체 4680 셀로 일부 모델 Y용 팩을 만들기 시작했다고 밝혔다.

앞으로의 계획

4680은 2023년 인도 시작 이후 모든 사이버트럭에 들어갔다. 테슬라의 새 건식 전극 셀은 오스틴에서 만드는 일부 모델 Y에 들어가고 있으며, 테슬라는 2026~2027년 사이 사이버트럭, 사이버캡, 세미로 넓힐 계획이다. 테슬라는 2026년 1분기 실적 자료에서 자체 리튬 정제, 양극재 생산, 그리고 더 저렴한 화학 조성인 리튬인산철(LFP) 셀 생산도 늘리고 있다고 밝혔다. 이제 4680은 정제 리튬부터 완성 팩까지 테슬라가 직접 운영하는 공급망의 한 부분이다.

결론

테슬라는 셀을 만드는 방식을 바꿔 전기차 가격을 낮추려고 4680을 만들었다. 이제 오스틴에서 두 전극을 모두 건식으로 만들고 셀이 모델 Y 팩에 들어가고 있으니, 다음 시험대는 대량 생산 단계의 kWh당 비용이다.