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[영상] LG화학 배터리 공정 혁신을 알아봅시다
[영상] LG화학 배터리 공정 혁신을 알아봅시다
  • 장현민 PD
  • 승인 2020.01.23 19:04
  • 댓글 0
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6㎛ 동박, 밀도 향상, 피엔티 장비

<자막 원문>

한: 안녕하세요. 디일렉 한주엽 기자입니다. 오늘 배터리 얘기를 해보려고 합니다. 이수환 차장 모셨습니다.

이: 안녕하세요. 이수환입니다.

한: LG화학 얘기를 한 건데. 굉장히 얇은 동박을 전기차 배터리의 적용을 했다는 취재로 얘기를 해보려고 합니다. 동박은 뭘 하는 겁니까?

이: 배터리가 양극이 있고 음극이 있지 않습니까? 동박은 음극의 음극집전체. 말 그대로 에너지를 모아주는 역할을 하고 앞단에 음극활 물질이 같이 달라붙게 되는데요. 양극에도 똑같이 양극집전체가 있습니다. 그거는 알루미늄을 씁니다. 그래서 보통 양극에 쓰는 건 알박. 음극에 쓰는 건 동박. 동박이 최근에 이제 SKC가 KCFT를 인수를 했고 일진머티리얼즈가 굉장히 적극적으로 증설을 하고 있고 두산도 동박 사업을 인수해서 유럽에다가 공장을 적극적으로 짓고 있고 동박이 보통 PCB 기판 뒤에서 많이 썼는데. 배터리에서도 적지 않은 수가 쓰이다 보니까, 양이 좀 많이 쓰이다 보니까. 집중적으로 조명을 받는 상황이 됐죠.

한: 동박의 두께가 되게 중요하다고 하는데. 기존에는 한 몇 마이크로미터(㎛) 정도 됐습니까?

이: 동박의 두께는 출력이냐 아니면 수명이냐. 여러 가지 설계에 따라서 달라집니다. 예를 들면 고출력, 전동공구는 순간적으로 큰 힘을 내야 되지 않습니까? 그런 류의 애플리케이션의 동박 두께가 두껍고요. 동박 두께가 두꺼우면 에너지밀도를 높이기가 어렵습니다. 대신에 안정성은 좋아지겠지만요. 열 발산도 쉽고요. 동박이 두꺼우면. 얇은 두께의 동박을 썼다는 건 그만큼 에너지밀도를 높였다는 것이고 그리고 동박을 코팅하고 건조하는 전극 공정 안에서의 여러 가지 공정 문제를 해결했다는 의미이기도 합니다.

한: 두께가 어느 정도나 되나요?

이: 두께가 보통 전기차에서는 7~15마이크로미터(㎛) 정도의 동박을 썼고요. 그다음에 전동공구 같은 경우에는 더 두꺼운 20마이크로미터(㎛) 이상의 두께에 동박을 썼고 6마이크로미터(㎛)는 제가 알고 있는 한 LG화학이 세계 최초가 아닌가 싶습니다.

한: 원래 7~15마이크로미터(㎛)를 썼는데 지금 6마이크로미터(㎛) 짜리의 굉장히 얇은 동박을 쓴 것이 성공을 했다고 해서 이 영상을 찍는 건데. 어떤 공장에서 그렇게.

이: 중국 난징공장에서 성공을 했고요. 성공하기까지 1년 동안 엔지니어들이 거의 잠도 못 자고 매달린 것으로 보입니다.

한: 6마이크로미터(㎛) 동박을 적용한 이유는 말씀에 따르면 에너지밀도를 높이기 위한.

이: 네. 에너지밀도를 높이기 위함입니다. 이게 아이러니컬한데. 중국에 배터리 연구기관이 있고요. 거기서 분석을 해보니까 같은 NCM622 양극재를 사용한 파우치형 배터리. SK이노베이션하고 LG화학의 제품을 비교해보니 에너지밀도에 있어서 SK이노베이션이 더 높은 걸로 나왔습니다. 이게 약간 트레이드오프 관계가 있습니다. 왜냐하면 에너지밀도가 높다고 해서 무조건 좋은 건 아니고 수명도 연장해봐야 되는데. 수명은 LG화학 제품이 좀 더 높았고요. 근데 LG화학 입장에서는 자존심이 좀 상했던 것 같아요.

한: 우리가 SK이노베이션보다 에너지밀도가 왜 낮냐.

이: 물론 트레이드오프 관계이긴 하지만 둘 다 잡을 수 있으면 좋죠. 수명도 길고 에너지밀도도 높은 제품이어야 되는데 그거를 시도를 했고 성공을 한 겁니다.

한: 아까 말씀하신 NCM622는 니켈·코발트·망간의 비중이 6:2:2 그래서 NCM622이라고 얘기하는 거죠?

이: 지금 파우치형 전기차 배터리의 주력 모델이라고 보면 되겠죠.

한: 그게 처음에 되게 힘들었다면서요.

이: 그게 동박이 6마이크로미터(㎛)라고 하면

한: 엄청 얇은 건데.

이: 과거의 동박은 압연을 썼습니다. 우리가 제철소에 가면 큰 철을 집어넣고 달구고 앞뒤로 왔다 갔다 하면서 롤로 얇게 만들어주는 걸 했는데. 이걸 이제 일본에서 ‘전해동박’이라는 걸 만들게 됩니다. 말 그대로 산용액에 구리를 녹여서 그거를 이제 전기적인 걸로 얇게 쿠킹호일처럼 얇게 뽑아낼 수 있게 된거죠. 근데 이 얇은 두께의 동박은 말 그대로 구겨지기가 쉽잖아요? 근데 해당 공정에 코터 장비가 필요한데.

한: 코터? 코터 장비는 뭐하는 장비입니까?

이: 코터는 코팅을 하고 건조를 시켜주는 장비를 말합니다. 말 그대로 동박도 하고 건조를 시켜줘야 되는데 비디오테이프랑 비슷한 공정입니다. 이쪽에 모터가 있고요. 저 끝단에, 장비 길이는 한 80미터 정도 됩니다. 50~80미터 정도 되고. 여기 있는 것들을, 배터리 재료들을 풀어줍니다. 풀어주고 코팅을 하고 건조롤을 지납니다. 쭉 지나고 다시 말아줍니다.

한: 풀어줬다가 말아주는 장비가 코터인 거죠?

이: 여기 말려있는 배터리 재료를 풀어줘야죠. 그래야 코팅을 하고 건조를 할 테니까요. 근데 여기에 동박이 워낙 얇다 보니까 건조롤을 지나는 과정에서 갈라지고.

한: 끊어지고.

이: 근데 끊어지면 건조과정에 있던 50~80미터 길이의 모든 재료를 다 폐기해야 됩니다. 폐기해야 되고 우리가 과거의 카세트테이프나 비디오테이프 중간에 끊어지면 붙어야 되는데 그건 작으니까 쉽게 되겠죠. 근데 이건 크지 않습니까. 다 건조로 걷어내고 건조롤 온도도 높습니다. 90~150℃가 되다 보니까 열이 식을 때까지 기다리고 다시 배터리 재료를 걸어줘서, 다시 끝까지 다시 걸어주고 시간도 오래 걸리고 굉장히 공정을 잡기가 엄청나게 난감한 공정이죠. 민감하기도 하고요.

한: 그 장비를 누가 공급했다는 겁니까?

이: 히라노입니다. 배터리가 제가 여러 번 말씀드렸지만 리튬이온배터리의 원조는 일본이죠. 그러다 보니까 장비도 믹싱 장비나 코터 장비도 일본 것들을 많이 썼고요. 조립공정 장비도 마찬가지였습니다. 캐논, 히라노. 양대 업체로 대표되는데 히라노테크시드라는 업체의 코터 장비를 LG화학이 썼죠.

한: 썼다. 써서 애를 먹고 있었다.

이: 애를 엄청나게 먹었죠. 자꾸 끊기니까요. 끊기고 계속해서 수율이 잡히지 않으니까 난감했던 와중에 국내에 피엔티라는 업체에.

한: 장비 업체죠?

이: 디스플레이사업도 여러 가지 사업도 하는데 극판 공정에 들어가는 코터 장비를 피엔티가 넣어서, 피엔티 거로 바꾸면서.

한: 중국 난징공장에.

이: 그래서 해결을 했다고 합니다.

한: 6마이크로미터(㎛)의 아주 얇은 동박을. 가공하는 장비?

이: 코터라고 보면 됩니다. 코팅하고 건조하는 장비입니다.

한: 그 장비를 일본 거를 썼는데 한국 피엔티라는 회사 거를 쓰면서 잡았다는 거죠? 그럼 지금 양산이 되고 있습니까?

이: 되고 있습니다.

한: 언제부터 되고 있습니까?

이: 지금 1월이니까요. 이번 달부터 했다고 봐야 되고요. 시험을 작년에 계속했던 모양입니다.

한: 따끈따근한 소식이네요. 보통 배터리 공정이 바뀌는 거에 대해서는 밖으로 얘기가 잘 안 나오는데.

이: 이런 류의 얘기는. 왜냐하면 배터리 공정은 굉장히 아날로그틱해서 어떤 재료나 물성이나 어떤 레시피로 해야 된다는 것들이 밖으로 나온 적도 없고 심지어 하다못해 어떤 회사가 어떤 라인에서 어떤 두께의 동박을 썼다는 것 얘기 자체가 거의 기밀이거든요. 기밀이어서 6마이크로미터(㎛) 두께의 동박을 썼다는 것 자체만으로도 굉장히 LG화학 입장에서는 의미가 있는 일이다.

한: 그러면 이제 아까 얘기한 NCM622 전기차용 배터리의 에너지밀도에서 SK이노베이션을 앞설 수 있게 된 겁니까?

이: 약간 미묘한 아주 미세한 차이였습니다. 우리가 이제 와트시리터(Wh/L)라는 단어를 쓰게 되는데 NCM622 기준으로 LG화학이 530와트시리터(Wh/L)였고요. SK이노베이션이 540와트시리터(Wh/L)였습니다. 10 정도 차이인데. 이게 자존심 문제거든요. 각형은 아예 형태가 다르니까 아예 비교 대상은 아니고요. 수명은 LG화학이 더 길었지만 뒤처졌다는 것 자체가 LG화학 입장에서는. SK이노베이션은 후발주자니까. 수명은 더 짧아도 본인들의 스펙을 넘어서는.

한: 그럼 동박을 지금 얇게 하면서 수명은 다시 낮아지는 거 아니에요?

이: 그게 사실은 핵심인데 동박이 아까도 말씀드렸지만 동박이 얇아지면 열을 발산이, 열을 금방 받거든요. 수명 문제가 좀 있을 텐데. 해결을 했겠죠? 어떻게든?

한: 그것도 나중에 나와보면. 저희는 못하겠지만 기존에 중국에 안신증권연구센터라는 데서 비교를 했다고 하는데 그런 데서 비교가 되면 우리가 또 전해주면 되겠네요.

이: 동박이 국내에 이미 3사가 구도가 갖춰지게 됐고 그다음에 제가 들은 얘기지만 동박은 두께 자체도 중요하지만 폭이 더 중요하다고 합니다. 왜냐하면 과거에 광폭 라인을 말씀을 드렸는데.

한: 장폭이라고 얘기하지 않았나요?

이: 잘못 말했습니다. 고속 광폭라인이 말 그대로 폭이 넓다는 거니까 길이가 한 1,450밀리미터(mm) 정도 되는 것 같습니다. 왔다 갔다 하는 것 같은데 동박이 그런 광폭라인에서 잘 버텨줘야 되거든요. 근데 보통 동박 업체들이 본인들의 기술력을 과시하기 위해서 “우리는 5마이크로미터(㎛) 제품을 개발했다” 혹은 “4마이크로미터(㎛) 제품을 개발했다” 이건 전기차 배터리에서 별로 중요한 이슈는 아닙니다. 왜냐하면 두께가 얇은 제품은 전기차 배터리에 잘 안 쓰였거든요. 두께에 따라서 애플리케이션이 다른데.

한: 수명에 대한 것도 하니까.

이: 출력에 대한 문제도 있고 안정성에 대한 문제. 여러 가지가 얽혀있어서 얇다고 무조건 동박이 좋은 건 아닙니다.

한: 그러면 LG화학도 6마이크로미터(㎛) 짜리 동박을 적용하면서 다른 여러 가지 보완을 했겠네요?

이: 보완을 당연히 했겠죠. 에너지밀도가 당연히 높아지는 걸 둘째치고 가장 중요한 건 양산 수율이겠죠. 수율만 맞춰줄 수 있으면 어떻게 해서든지 돈을 벌 수 있는 트리거가 될 수 있으니까요.

한: 지금 6마이크로미터(㎛) 동박을 써서 전기차 배터리 양산을 하는 곳은 없죠? LG화학 말고는.

이: 제가 알기로는 어떤 두께의 동박을 썼다는 것 자체가 일단 기밀이고. 그다음에 6마이크로미터(㎛)도 제가 여기저기 수소문한 결과. 없습니다. LG화학이 거의 유일하다고 봐야 될 것 같습니다.

한: 얇은 걸 써서 밀도를 높여놓고 또 떨어지는 안정성이나 출력 같은 것도 잘 잡았다고 한다면 중국 난징공장에서뿐만 아니라 LG화학이 미국에도 있고 많지 않습니까?

이: 폴란드 브로츠와프에 있고 미국 미시건, 한국 오창공장이 있는데 이런 데서도 전파될 수 있겠죠.

한: 전파될 수 있겠네요. 폴란드 공장은 잘 된대요?

이: 폴란드 공장은 계속해서 소식들이 좀 들어오고 있는데 저희가 조만간에 소식을 종합해서 다시 한번 전해드리도록 하겠습니다.

한: 오늘 이수환 차장 모시고 LG화학 배터리 신공법에 대해서 알아봤습니다. 다음번에 더 좋은 정보로 찾아뵙겠습니다. 감사합니다.



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