배터리 퓨즈란 무엇인가 | LG화학 개발 중인 안전성 강화 집전체 SRL

배터리 퓨즈란 무엇인가

배터리 퓨즈는 과도한 전류가 흐를 때 자동으로 회로를 차단해 배터리(셀) 내부에서 발생하는 화재, 폭발, 열폭주(Thermal Runaway) 등 치명적 위험을 방지하는 안전 장치입니다. 기존의 전기․전자 제품에 사용되는 단순한 회로 차단 역할의 퓨즈와 달리, 최신 리튬이온 배터리 내부에 적용되는 최첨단 배터리 퓨즈는 온도 변화에 따라 자체적으로 작동하는 기능성 소재로, 외부 센서나 외부 전원 없이도 발열 초기부터 전류 흐름을 차단할 수 있습니다.

LG화학이 개발 중인 안전성 강화 집전체(Safety Reinforced Layer, SRL)는 이러한 기능을 대표합니다. 이 소재는 양극(캐소드)층과 알루미늄 집전체 사이에 수 마이크로미터(1μm) 두께의 ‘기능층’으로 삽입됩니다. 배터리 내부에서 절연파괴(쇼트 등)로 인해 온도가 정상 범위(약 90~130℃) 이상으로 상승하면, SRL이 즉각적으로 전기 저항을 급격히 높여 전류 자체를 차단합니다. 저항은 온도 1℃ 상승당 5,000Ω씩 꾸준히 증가하며, 최대 시점에는 정상 온도 대비 1,000배 이상의 높은 저항을 보여 실제로 ‘퓨즈’ 역할을 하게 됩니다. 온도가 다시 내려가면 저항도 낮아져 정상 상태로 복귀하는 가역성도 갖추고 있습니다.

SRL은 외부 퓨즈나 외부 회로가 아닌, 배터리 셀 내부에 바로 적용되는 ‘활성 보호막’입니다. 물리적 충격(못 박기, 천공, 충격, 파열 등)으로 인한 내부 쇼트, 과충전, 과방전, 고온 환경 등 다양한 배터리 결함 상황에서 발열이 일어나면 초기 단계에서 즉시 전류를 차단하므로, 배터리 화재 및 열폭주를 원천적으로 예방할 수 있습니다.

이러한*‘셀 내장형 퓨즈’는 기존의 외부 회로 차단 장치(배선, 퓨즈 박스, PTC 등)와 달리, 배터리 화재의 근본 원인인 ‘내부 쇼트’ 직후 바로 신속하게 차단할 수 있기 때문에 안전성 혁신으로 주목받고 있습니다. 동일한 원리로, 추가적인 외부 퓨즈와 병행하면, 배터리 전체의 다층적 안전이 더욱 강화될 수 있습니다.

 

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배터리 퓨즈의 개발 현황

LG화학은 2024년 9~10월 포항공대(이민아 교수팀)와의 공동 연구, LG에너지솔루션의 실증 테스트를 거쳐, 세계 최고 수준 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 논문 게재를 하는 등, 전세계적 이슈로 부상한 리튬이온 배터리 화재 위험 해결을 위한 핵심 소재를 실제로 공개했습니다.
한국형 SRL 기술은 실제 배터리 제품화에 성공했을 때, 리튬이온 배터리 산업 전체의 안전성 패러다임을 재편할 수 있는 기술로 평가받고 있습니다.

2025년 기준, 개발 및 테스트는 스마트폰 등 소형 전지에서 시작해, 전기차용 대형 전지로 확대되고 있습니다.
실험 결과, 모바일용(스마트폰 등) 리튬배터리에서는 SRL 적용 시 화재 사례를 한 건도 찾을 수 없었고, 전기차용 대용량 전지에서는 30%의 사례에서 불꽃이 발생했지만, 2~3초 이내에 자동으로 소화되는 효과가 확인되었습니다.
현재 국내외 배터리 OEM(삼성SDI, SK온, CATL 등) 및 완성차 고객사들과의 실증 테스트가 한창이며, 이르면 2026년 상반기에 소형 배터리(스마트폰, 노트북, 파워뱅크 등)부터 상용화가 될 전망입니다.
대형 배터리(전기차, ESS 등)는 이후 확장 적용될 예정입니다.

SRL은 두께가 1μm(마이크로미터) 이하로, 배터리 내부 응집 구조에 손상 없이 삽입할 수 있습니다.
대량생산(롤투롤, roll-to-roll)에도 적합하도록 설계되었으며, 정상 상태에서는 전기 저항이 거의 없어 배터리의 성능 저하도 최소화할 수 있습니다.
특히 가역성(온도가 내려가면 다시 전기가 통함), 반응속도(발열 즉시 전류 차단), 소재 및 공정의 상용성 등 산업화 장벽이 낮은 점에서 글로벌 배터리 시장 경쟁력이 크다는 평가를 받습니다.

 

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전기차 및 ESS에의 적용 가능성

전기차

전기자동차(EV)는 고전압(400~800V), 고용량의 배터리 팩을 사용하며, 충돌, 파열, 과충전, 과방전, 고온 등 다양한 위험 상황에서 셀 내부의 쇼트가 곧바로 열폭주와 화재로 이어질 위험이 항상 잠재해 있습니다.
현재 전기차에 쓰이는 ‘배터리 팩 내 퓨즈’는 외부 배선이나 하네스, 배터리 팩 모듈 간 연결부 등에 설치되어, 과부하·단락·충돌 등에서 회로를 차단하는 역할을 합니다.
이 퓨즈는 멜라민, 세라믹 등 내열·내고장성 소재로 만들어지며, 차량 보호를 위한 마지막 ‘파이널 가드’로서 필수적으로 동작합니다.

그러나 전기차 배터리 화재의 90% 이상은 셀 내부 쇼트 등 ‘셀 자체 결함’에서 직접 시작합니다.
이 때, 외부 퓨즈는 셀 내부 과열·화재 진행이 한창일 때 인식되어 차단하므로 화재의 빈도, 피해 규모, 탈출 시간을 줄여주지 못합니다.
반면 셀 내장형(SRL) 퓨즈는 발열이 시작되는 순간 바로 전류를 차단하므로, 초기 화재 및 연쇄 열폭주를 근원적으로 차단할 수 있으며, 승객의 탈출 및 소화 시간 확보에도 직접적인 공헌이 가능합니다.

이 기술이 실용화되면, 전기차 리콜, 화재 보험, 충돌 사고 시 생존률 등 전기차 가치·기후 대응능력의 핵심 요소로 자리 잡을 전망입니다.

 

에너지저장장치(ESS)

에너지저장장치(ESS, Energy Storage System)는 전력망 연결, 재생에너지 저장, 전력 피크부하 관리, 비상용전원 등 여러 기능을 수행하며, 대규모 배터리 모듈을 연접하여 운전합니다.
특히 대형 ESS 화재는 인명·재산 손실이 막대하며, 연쇄열폭주가 휴리스틱(Heuristic)하게 확산해 화재진압이 매우 어렵습니다.

기존 ESS에는 여러 ‘셀, 모듈, 랙, 시스템’ 수준의 퓨즈가 설치되어, 과부하·단락 시 회로를 차단합니다.
셀 내장형 퓨즈(SRL 등)가 바로 적용되면, 배터리 셀 내부에서 화재·열폭주를 원천 차단할 수 있으므로, ESS의 신뢰성·안전성·가동률을 크게 높일 수 있습니다.

또한, 전기차와 달리 가동 중 실시간으로 감시·관리되는 ESS 특성상, 내장형 퓨즈 기능(전류, 온도 변화 실시간 분석, 열폭주 자동 진단 및 차단)이 추가된 ‘스마트 배터리’ 개념이 바로 실현될 수 있습니다.

ESS용 대형 리튬이온 배터리는 출하량, 성능, 수명, 실시간 모니터링 등 산업 표준화가 더욱 중요하기 때문에, 기존 외장형 퓨즈와 셀 내장형 퓨즈, 그리고 배터리 관리 시스템(BMS)이 유기적으로 결합한 다층적 안전 시스템으로의 진화가 기대됩니다.

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핵심 키워드와 요약

• 배터리 퓨즈는 배터리 셀 내부의 발열 초기 단계에서 즉각 전류를 차단하는 최첨단 안전기술
• SRL(안전성 강화 집전체)은 온도에 따라 전기 저항이 급격히 변하는 복합 소재, 양극-집전체 사이 얇은 층으로 삽입
• 발열 초기 90~130℃ 상승 시 전류 차단, 온도 내리면 복원하는 가역성 보유
• 실증평가 결과, 모바일용 배터리 화재 완전 억제, 대형(전기차/ESS) 배터리 화재 진압 성과 확인
• 2025년 소형, 2026년 대형 배터리 순차적 상용화 추진
• 전기차, ESS 등 대용량 배터리는 기존 외부 퓨즈와 셀 내장형 퓨즈(예: SRL) 병행 시 다층 안전체계 완성
• 발열 즉시 자동 차단, 안전 혁신, 산업 대량생산 기반 확보, 글로벌 배터리 시장 경쟁력 약진

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결론

배터리 퓨즈, 특히 온도 의존적 자동 전류 차단 소재(SRL 등)의 실용화는 전기차, ESS, 가전, 산업용 리튬이온 배터리의 안전성 패러다임을 획기적으로 끌어올릴 토대가 됩니다.
급변하는 친환경‧신재생 에너지 산업과 자동차‧에너지‧IT 융합의 거대 구조에서, 배터리 내부 안전 혁신은 국내 산업의 전략적 경쟁력이자 글로벌 표준이 될 가능성이 큽니다.

LG화학 등 한국 기업의 SRL 기술은 3,000억개 이상의 소형 리튬이온 전지, 300만대 이상의 전기차, 100GWh급 초대형 ESS 등 전방위 적용이 눈 앞에 다가와 있습니다.
배터리 퓨즈 혁신은 리튬이온 산업의 고질적 안전 리스크 해소와 친환경 에너지 전환의 실질적 촉진이라는 미래 에너지의 핵심 기술로서,
가까운 미래에 우리 삶, 산업, 사회 전반을 한층 더 안전하고, 스마트하게, 그리고 지속가능하게 바꿔놓을 미래 전략입니다.

1. https://www.yna.co.kr/view/AKR20240930157100003
2. https://www.thelec.kr/news/articleView.html?idxno=40572
3. https://www.lg.co.kr/media/release/28185