中 배터리 제칠 키 ‘건식 전극’ 소재·장비 고도화 성큼

코터·동박 등 개발...시범 생산 제품 납품

국내 배터리 업계가 중국산 대비 가격경쟁력을 확보하는 데 핵심 기술로 꼽히는 ‘건식 전극’ 공정 도입을 준비하고 있다. 이런 가운데 건식 전극 공정에 필요한 소재, 장비 고도화 측면에서도 가시적인 성과가 나고 있다.

현재 습식인 전극 제조 공정을 건식으로 바꿀 경우 제조 비용을 20% 가량 절감할 것으로 기대되고 있다. 특히 핵심 공급처인 전기차 시장이 수요 성장 정체(캐즘)를 겪는 동안 중저가 배터리에 대한 관심이 높아졌는데 이런 수요를 공략하기 유리해진다.

습식 공정에선 양·음극 활물질과 도전재, 바인더 등을 혼합해 만든 액체 상태의 슬러리를 집전체에 얇게 코팅한 뒤, 100% 이상의 온도에서 건조시켜 이를 얇고 평평하게 만드는 롤프레싱 과정을 거친다.

건식 공정에선 슬러리를 고체 파우더 형태로 제조해 바른다. 건조 작업을 생략하는 만큼 전력 사용이 줄고, 공정에 투입되는 시간도 줄어든다. 공정 라인 길이도 줄일 수 있어 생산 효율이 높아진다.

건식 습식 공정 차이 (사진=LG에너지솔루션)

24일 업계에 따르면 이 과정에 필요한 코터, 동박 전문 기업들이 배터리사에 샘플 공급 및 품질 검수를 받고 있다.

씨아이에스(CIS)는 리튬인산철(LFP) 배터리, 전고체 배터리용 건식 전극 공정에 필요한 코터를 개발하고 있다. 코터는 슬러리를 집전체에 코팅하는 데 쓰이는 장비다. 회사는 관련 국책과제 총괄 기관으로도 선정됐다.

씨아이에스 관계자는 “지난 2021년부터 고객사 요구사항에 맞춰 연구개발한 건식 전극 공정용 코터를 납품하고 있다”며 “국책 과제는 3개년 단위라 향후 2년 더 진행될 예정”이라고 말했다.

리튬 배터리 이미지 (사진=픽사베이)

건식 전극 공정에는 전용 동박이 필요하다. 습식 전극 공정의 경우 건조 과정에서 동박의 강도는 하락하고, 연신도는 증가하는 점을 감안해 생산된 제품이 공급된다. 건식 전극 공정에선 건조 작업 없이 열을 가해 슬러리를 부착하는 만큼, 일반 상온에서도 고온에서도 성능을 유지하면서 고강도, 고연신 특성을 충족하는 동박이 투입돼야 한다.

롯데에너지머티리얼즈는 건식 전극 공정에 최적화된 음극활물질 박리현상 방지 및 고밀착 동박을 주요 고객사에 납품해 제품 승인을 받았다.

SK넥실리스도 관련 제품을 연구 개발하고 있다. 모회사 SKC 관계자는 “고연신, 고강도 동박 관련 기술을 보유한 만큼 건식 전극 공정에 쓰일 수 있는 제품 연구개발을 계속 진행하고 있다”고 말했다.

롯데에너지머티리얼즈 동박 제품

LG에너지솔루션, 삼성SDI 등 국내 배터리 기업들은 건식 전극 공정 파일럿 라인을 구축하는 데까지 기술 진전을 이뤘다. 삼성SDI는 지난 9월 충남 천안 공장에 건식 공정 파일럿 라인을 구축, 시범 생산을 시작했다고 밝혔다. LG에너지솔루션은 4분기 중 충북 오창 공장에 건식 공정 파일럿 라인을 진행할 예정이다.

다만 파일럿 라인을 넘어 전체 양산 라인에 건식 전극 공정을 접목하기까진 수 년 이상이 걸릴 전망이다. LG에너지솔루션의 경우 오는 2028년 건식 전극 공정을 상용화할 계획이다.

국내 배터리 업계 관계자는 “현재로선 IRA 보조금을 받아도 중국산 배터리에서 제시하는 가격을 맞추기 어렵지만, 건식 전극 공정을 도입하면 가격 수준을 쫓아갈 수 있다”며 “2~3시간 가량 소요되는 코터 공정 시간도 절약해 생산 효율도 개선할 수 있다”고 했다.