건식 공정은 설비와 비용을 줄여 습식 공정 대비 전극 제조 비용을 17~30% 낮출 수 있다.
또한 전극에 활물질을 두껍게 코팅해 에너지 밀도를 높일 수 있다.
건식 공정은 2020년 테슬라가 도입하겠다고 밝힌 지 4년이 지난 현재까지도
상용화되지 못할 정도로 기술적 난도가 높다.
액체를 균일하게 바르는 것보다 고체 파우더를 고르게 도포하는 것이 어렵기 때문이다.
건식 공정에서는 활물질, 도전재, 바인더를 용매 없이 혼합해 고상 파우더로 만들어 코팅
LFP 배터리도 건식 공정을 도입하면 훨씬 더 가격이 싸진다.
전극 내 각종 입자를 동일한 비중으로 분산해 코팅하기가 어렵기 때문이다.
파우더를 필름화한 다음 집전체에 라미네이션하는 방법(맥스웰 방식),
파우더를 집전체에 뿌린 다음 압연하는 방식(분체 코팅 방식) 등의 건식 코팅 기술이 주로 연구되고 있다.
테슬라는 건식 전극 기술 확보를 위해 19년 슈퍼캐패시터 생산 업체 맥스웰 테크놀로지를 인수하기도 했다.
하지만 낮은 수율의 벽에 부딪힌 것으로 알려졌다.
음극에만 건식 공정을 적용한 원통형 4680을 탑재한 사이버트럭을 선보였지만,
수율 문제로 당초 목표보다 적은 차량에 해당 배터리를 탑재한 것으로 알려졌다.
음극 건식 전극 적용율은 얼마일까? 음극 전극 수입을 하는가?
테슬라는 7월 건식 양극으로 생산한 배터리를 탑재한 사이버트럭을 테스트 중이고,
4분기에는 제품을 출시할 계획이라고 밝혔다.
LG에너지솔루션이 4분기 충북 오창에 파일럿(시범생산) 라인을 구축 계획 28년을 상용화 목표
김제영 LG에너지솔루션 최고기술책임자(CTO) 전무는 지난 7월 블룸버그통신과 인터뷰에서 "(건식 코팅 분야) 경쟁업체 가운데 LG에너지솔루션이 최고"라면서 "우리는 10년 전 시작했다"며 자신감을 드러냈다.
삼성SDI도 최근 충남 천안에 ‘드라이 EV’라는 이름의 파일럿 라인을 완공
SK온 미국 사쿠와 공동개발
양사는 사쿠우 3D 프린팅 플랫폼 '캐비안'을 전기차 배터리 전극 공정에 활용 예정이다.
건식 공정을 도입하면 기존의 NCM를 LFP 가격 수준 또는 그보다 낮은 가격으로 공급하는 것이 가능
근데 LFP 도 건식전극 하지 않나?
중국의 경우 구체적인 개발 상황이 알려지지 않았지만, 확보된 공급망을 통해 저가형 배터리를 만들고 있는 중국의 여건상 국내 기업처럼 건식 공정 도입이 시급하지 않다는 것이 중론이다.
습식 공정만큼 성능을 보이려면 새로운 바인더 및 장비 개발, 특허 등 기술력이 있어야 한다
산화물계를 많이 쓰는 양극재의 경우 건식 코팅 구현이 어렵지만,
국내 기업이 기술 확보를 위해 노력하는 만큼 3∼5년 내 상용화가 가능할 것"
차세대 배터리인 전고체 배터리에 적용할 건식 공정 기술,
다양한 활물질에 대한 건식 전극화 등 연구개발 로드맵을 확장
장비 피엔티
한편, 지난 분기에 한국 장비업체인 피엔티가 테슬라향으로 건식 코터 장비를 납품한 것으로 알려졌는 데, 이는 양극이 아닌 음극 전극(Anode electrode. 이하 ‘음전극’)용 코터로 추정되고 있다. 수주 금액은 명확히 확인되지 않으나 대량 생산 규모의 수주는 아닌 것으로 판단된다. 따라서 테슬라가 음극 전극은 건식 방식 코팅 방식을 준비하거나 일부 적용해 진행하고 있고, 앙극 전극은 기존과 같은 습식 방식으 로 코팅 처리해 현재 4680 셀 생산을 진행하고 있는 것으로 판단된다.
바인더 PTFE ?
Acric binder 천보
양극재 단결정 유리 엘앤에프
음극재 기존 동일
실리콘 기존 동일
알박 기존 동일
동박
테슬라가 건식전극 음극 적용 유일인데
동박은 22년 솔루스첨단소재 23년 SKC 넥슬리스 계약 루머가 있었는데
레드우드 도 동박 공장이 있음
롯데가 건식전극 에 강한 동박이 있다고 하는데 잘 모르겠음
건식 공정은 총 3가지 타입이 있는데 모두 ‘캘린더링’이 필요하다. 캘린더링은 재료를 일정한 두께와 표면 특성으로 가공하기 위해 열과 압력을 동시에 가하는 공정을 말한다.
캘린더링은 배터리 성능을 향상시키기 위해 중요한 공정 중 하나로, 특히 건식 공정에서 동박과 같은 재료의 물리적 특성을 최적화하는 데 필수적이다. 이때 캘린더링을 하기 위해서 동박은 고압, 기재 변형 방지, 고인장강도, 고연신율, 고온 안정성과 같은 특성이 요구된다.
이 때문에 건식 공정 도입 시 업계에서 유일하게 이런 특성을 만족시키는 롯데에너지머티리얼즈의 동박이 주목받을 것으로 전망된다. 롯데에너지머티리얼즈는 초극박에 고온 고강도, 고연신을 동시에 만족하는 하이브리드 동박 제품을 개발 및 양산하고 있다. 이런 특성으로 롯데에너지머티리얼즈의 동박은 열간 캘린더링 시 무지부(활물질이 코팅되지 않은 전극의 빈공간) 주름·끊어짐에 강하다.
구체적으로 회사는 자사 제품에 대해 “180℃ 1시간 후에도 95% 이상 강도를 유지하고 6㎛ 기준 연신율이 5% 이상 갖췄으며 고온 열처리 후 높은 강도 유지, 높은 연신율, 경쟁사 대비 150% 이상 연신율을 확보했다”고 설명했다.
현재 롯데에너지머티리얼즈는 인장강도, 연신율 외 일반 전지박과 다르게 표면에 미세 요철을 형성하여 활물질과의 접착력을 향상시키는 방향으로 개발하고 있다.
롯데에너지머티리얼즈 관계자는 “고객사별 건식 공정은 유사할 것으로 판단되지만 개발 초기 다수의 고객사와 협업이 필요할 것”이라며 “고객사의 건식공정 도입과 정착을 빠르게 하기 위해서 적극 협업해 나가겠다”고 말했다.
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