배터리 업계 '건식 공정' 둘러싼 미묘한 신경전

'꿈의 배터리' 상용화 삼성SDI가 먼저…'꿈의 공정' 선도하려는 LG엔솔

국내 배터리 업계에서 '건식 전극 공정'이 새로운 기술 경쟁력으로 부상하며 업체간 미묘한 신경전이 감지되고 있다. 전고체 배터리가 '꿈의 배터리'로 불린다면 건식 전극 공정은 '꿈의 공정'으로 불린다.

27일 업계에 따르면 국내 주요 배터리사들은 건식 전극 공정 기술을 개발 중이다. 아직 상용화 시점을 구체적으로 밝힌 곳은 LG에너지솔루션뿐이다. LG에너지솔루션은 2028년까지 '건식 전극' 기술을 상용화하겠다고 밝혔다.  

지난 7월 김제영 LG에너지솔루션 최고기술책임자는 블룸버그와 단독 인터뷰에서 양산 시점을 처음 밝히며 "경쟁사 중 LG에너지솔루션이 건식 코팅 기술에서 최고"라며 "우리는 10년 전부터 이 기술을 연구해 왔다"고 자신감을 보였다.

배터리 제조 공정 (사진=LG에너지솔루션)

하지만 삼성SDI가 최근 한 행사에서 충남 천안에 국내 최초로 건식 공정 파일럿 라인을 완공해 시험 생산을 시작했다고 밝혀 주목을 받았다. 상용화 시점은 미정이다.

업계 등에 따르면 삼성SDI에서 '국내 최초'라는 단어를 쓴 것에 대해 LG에너지솔루션 내부에서는 불편한 기색을 드러내는 이들도 있었다고 한다. 

한 업계 관계자는 "(파일럿)양산의 기준이 회사마다 다른 듯하다"며 "LG에너지솔루션에서도 랩(연구실) 단계 시험 생산은 이미 해온 만큼 삼성SDI가 최초라고 언급한 부분은 이견이 있을 수 있다"고 말했다. 

또 다른 업계 관계자도 "일각에서 삼성SDI 발표에 언짢아하는 의견이 있는 것으로 듣긴 했다"며 "하지만 삼성SDI도 어느 정도 자신감이 있으니 공식 석상에서 그렇게 말한 것이지 않겠냐"고 말했다. 

SK온도 건식 공정 개발에 속도를 내고 있긴 하지만, 앞선 두 회사보다는 개발 속도가 느릴 것으로 관측된다. SK온은 지난 7월 배터리 제조 장비 업체 사쿠우와 공동개발계약(JDA)을 체결했다. 양사는 사쿠우 3D 프린팅 플랫폼 '캐비안'을 전기차 배터리 전극 공정에 활용 예정이다. 

■ 왜 건식 공정에 꽂혔나…'비용 절감' 효과 커   

국내 배터리사들이 건식 공정 개발 경쟁에 나서는 이유는 간단하다. 기존 습식 코팅 방식보다 '생산 비용 절감' 효과가 크기 때문이다. 건식 전극 공정을 도입할 경우 전극 제조 비용을 17%에서 최대 30%까지 낮출 수 있는 것으로 알려졌다.

기존 습식 공정은 리튬, 니켈, 코발트 등으로 이뤄진 활물질과 도전재, 바인더 등을 용매해서 액체 상태(슬러리)로 만들어 금속 극판에 코팅하는 방식으로 제작된다. 100℃ 이상 오븐에서 용매를 건조하는 과정을 거친다. 

하지만 건식 공정에서는 활물질, 도전재, 바인더를 용매 없이 혼합해 고상 파우더로 만들어 코팅한다. 용매를 건조하고 회수하는 시스템 설비가 필요 없기 때문에 설비 투자와 공정 비용을 아낄 수 있다.  

LFP 대비 습식/건식 공정의 NCM 양극재 종류별 배터리 가격 비교 (표=하이투자증권)

현재 중국 배터리 업체들이 주도하고 있는 LFP 배터리도 건식 공정을 도입하면 훨씬 더 가격이 싸진다. 중국 기업들과 가격 경쟁력에서 밀리고 있는 국내 배터리 업체들이  건식 공정을 통한 대량 양산에 성공한다면 업계 판도를 바꿀 수 있다는 의견도 있다.

■ 테슬라도 고전…기술적 난도 높아 

다만, 건식 공정은 '꿈의 공정'으로 불릴 만큼 기술적 난제가 많아 대량 생산이 쉽지 않다. 전극 내 각종 입자를 동일한 비중으로 분산해 코팅하기가 어렵기 때문이다.

현재 파우더를 필름화한 다음 집전체에 라미네이션하는 방법(맥스웰 방식), 파우더를 집전체에 뿌린 다음 압연하는 방식(분체 코팅 방식) 등의 건식 코팅 기술이 주로 연구되고 있다.

건식 습식 공정 차이 (사진=LG에너지솔루션)

배터리 내재화를 추진 중인 미국 전기차 업체 테슬라는 건식 전극 코팅 양산 기술 확보를 위해 지난 2019년 슈퍼캐패시터 생산 업체 맥스웰 테크놀로지를 인수하기도 했다. 하지만 낮은 수율의 벽에 부딪힌 것으로 알려졌다. 

최근 테슬라는 음극에만 건식 공정을 적용한 원통형 4680을 탑재한 사이버트럭을 선보였지만, 수율 문제로 당초 목표보다 적은 차량에 해당 배터리를 탑재한 것으로 알려졌다. 

업계 관계자는 "중국에 추월당하고 있는 국내 배터리사들이 공정 기술을 통해 가격 경쟁력을 확보한다면 격차를 벌릴 수 있다"며 "신기술 경쟁은 서로에게 긍정적인 자극을 줄 수 있다"고 말했다.