K-배터리, 전고체 배터리 양산성 확보 구슬땀

'성능 vs 수율' 공정 딜레마…삼성SDI, WIP서 롤프레스로 전환

국내 배터리 업계가 차세대 이차전지 중 하나인 전고체 배터리 양산성 확보 과정에서 시행착오를 겪고 있다.

전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용해 화재 위험이 낮아 차세대 이차전지로 주목받는다.

17일 업계에 따르면 삼성SDI는 전고체 배터리 파일럿 라인(S라인)에서 온간정수압프레스(WIP) 장비를 사용해 오다 수율 개선에 한계를 느끼고, 기존 리튬이온 배터리 공정에 쓰이는 롤 프레스 장비로 전환한 것으로 전해졌다.

전고체 배터리 (사진=삼성SDI)

WIP는 배터리 공정 과정에서 전극과 고체 전해질 접촉을 극대화하고 계면 저항을 최소화하기 위해 고온과 초고압을 가하는 기술이다. 다만, 물이나 기름 등에 넣어 모든 방향에서 압력을 가하다 보니 공정이 복잡해 양산성 확보에 한계가 있다는 지적이 나온다. 

배터리 업계 한 관계자는 “WIP는 전 방향으로 가압해 전극이 단단해지면서 성능이 잘 나오지만, 용액에 담아 넣고 빼는 과정에서 묻어나는 용액을 닦아내야 해 양산 공정으로 적용하기 어렵다”고 설명했다.

이어 "업체 입장에서는 기존 상용 배터리처럼 롤 프레스 방식으로 양산하고 싶어하지만, 롤프레스 방식으로 나온 샘플은 WIP 장비로 만 샘플 만큼 성능이 잘 나오지 않는 것이 고민”이라고 덧붙였다.

또 다른 업계 관계자도 "소재 조합이 용이하기 때문에 WIP는 이상적인 방식이긴 하지만, 양산성과 가격(경제성)이 문제가 있어 기업들이 롤 프레스 방식으로 넘어가고 있다"며 "이는 삼성SDI뿐 아니라 다른 기업들도 마찬가지"라고 말했다. 

(사진=삼성SDI)

다른 업계 관계자는 삼성SDI가 롤 프레스 장비를 통해서도 유의미한 성능 개선을 이뤘다고 언급했다. 그는 "새로운 소재 조합을 찾아서 롤프레스 방식에서도 어느 정도 성능을 확보한 것으로 알고 있다"며 "샘플 테스트 결과가 좋으면 내년 마더라인(M라인) 논의가 본격화할 가능성도 있다"고 말했다. 

업계에서는 삼성SDI가 연내 울산에 M라인을 구축할 것으로 관측했으나, 공정 전환 등으로 인해 시기가 미뤄진 것으로 보고 있다.

삼성SDI 관계자는 "전고체 배터리는 양산성 확보와 샘플 제작 단계로 기술 안정화를 진행하고 있으며, 어떤 양산 기술을 적용하는지는 대외비"라며 "2027년 상용화를 계획대로 추진하기 위한 다양한 방안을 검토 중이며, 일정에는 변함이 없다"고 밝혔다.