배터리의 성능과 효율성을 높이기 위한 다양한 노력이 진행 중이다. 그 중에서도 건식 전극 공정은 2차전지 제조 공정에서 주목받고 있는 혁신적인 기술로, 테슬라 배터리 데이에서 4680배터리와 함께 건식 전극 공정이 소개되었다. 건식 전극 공정은 전통적인 습식 전극 공정에 비해 제조 비용을 절감하고 생산 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다.
배터리 공정 단계는 크게 전극공정, 조립공정, 활성화공정, 팩공정으로 나뉜다. 이 중 전극공정은 배터리의 양극과 음극을 만드는 것으로, 배터리 제조에 있어 가장 핵심이라 말할 수 있다.
전극공정은 세부적으로 믹싱공정, 코팅공정, 건조공정, 롤프레싱 공정, 슬리팅/노칭 공정으로 구성된다.
현재 대부분의 리튬이온배터리 전극공정에서는 믹싱 공정에서 NMP라는 용매를 사용하며, 이를 통해 나온 슬러리는 액체 상태를 유지한다. NMP는 바인더와 다른 물질들이 잘 혼합되도록 도와주는 역할을 하지만, 유해물질로 분류되어 건조하여 회수해야 한다. 이 과정에서 공정 전체 에너지 소비량의 15%를 차지하며, 공정 시간의 약 50%를 차지할 정도로 많은 시간이 소요된다. 이러한 방식의 공정을 '습식 공정'이라 한다.
습식공정의 비효율성을 해결하기 위해 건식 공정이 주목받기 시작했다. 건식공정은 건조 공정 없이 재료를 고체 가루 형태로 동박 또는 알박의 집전체에 바로 코팅하는 방식을 채택하여 제조 공정을 단순화하는 특징이 있다.
건식공정은 건조 공정이 불필요하여 에너지 비용을 30% 절감할 수 있으며, 건조에 필요한 면적 약 50% 줄일 수 있다. 공정 단순화로 부품 비용 20% 절감할 수 있으며, 코팅두께를 높일 수 있어 에너지 밀도가 높은 배터리 제조가 가능하다.
이러한 비용 절감 효과를 통해 건식 공정을 적용한 4680배터리는 이론적으로 LFP 배터리보다 더 저렴해질 수 있는 잠재력이 있다.
현재 건식 전극 공정은 테슬라의 4680배터리 생산에 사용 중이다. 다만, 만족스러운 수율이 나오지 않아 아직 성공적인 결과를 얻지 못한 상태이다. LG에너지솔루션도 당초 오는 8월 4680 배터리에 건식 공정을 도입하려 했으나, 공정 완성도가 떨어져 도입을 연기하였다. 4분기 관련 파일럿 생산라인을 완공할 예정이며, '28년까지 건식 전극 공정을 상용화할 계획이라고 밝혔다. 파나소닉, CATL, 삼성SDI, 폭스바겐 자회사 파워코 등이 건식 전극 코팅 제조 공정을 개발하고 있다.
관련 기업으로 LG에너지솔루션, 피엔티, 씨아이에스, 윤서에프엔씨, 한화모멘텀 등이 있다. 이 중 피엔티와 씨아이에스를 관심 기업으로 꼽았다.
- 피엔티
피엔티는 Roll to Roll 기술을 바탕으로 2차전지 전극 공정 장비 등을 제작 판매하는 사업을 영위하는 기업이다. 최근 테슬라 텍사스 공장에서 건식 전극 공정용 장비를 공급하는 계약을 체결했다. 테슬라는 기존에 독일 기업의 제품을 사용해 왔으나, 이번 계약을 통해 피엔티의 기술력을 선택한 것으로 보인다.
전기차 시장을 선도하는 테슬라가 건식 공정 시장의 성장을 이끌고 있는 만큼, 피엔티의 성장도 더욱 가속화할 전망이다.
- 씨아이에스
씨아이에스는 리튬 이차전지 생산에 필요한 전극 제조 관련 장비를 전문적으로 제작하는 업체이다. 최근 건식용 코팅 장비(코터) 이전 단계로서 하이브리드 코터를 개발 완료했다. 하이브리드 코터는 열풍건조 방식과 레이저 방식을 결합하여 건조 속도를 크게 향상시킬 수 있는 장비이다. 해당 장비로 생산 속도를 100% 향상시키거나 제조 설비의 길이를 줄일 수 있게 된다.
또한 향후 삼원계, LFP, 전고체 배터리에 범용적으로 사용할 수 있는 건식 코팅 장비 개발도 진행 중인 것으로 알려졌다.
필자인 이재모 그로쓰리서치 대표는 투자자산운용사 자격증을 보유하고 있으며, 1000개 이상의 기업을 탐방했고, 한국경제TV에 출연중이다.
[편집자주] 독립 리서치 기업인 '그로쓰리서치'의 기업 탐방 후 분석을 담은 내용입니다. 뷰어스는 글과 관련한 투자 결과에 책임을 지지 않습니다.