엠플러스가 주력인 리튬이온 배터리 조립공정 장비에서 차세대 전고체 배터리 생산장비로 사업 영역을 확장한다.
전고체 배터리는 모든 소재가 고체로 이뤄지는 특성상 이온전도도를 높이기 위한 신규 공정이 추가되는데 여기에 필요한 고압 공정 장비를 자체 기술로 개발했다.
김종성 엠플러스 대표는 “롤프레스 방식으로 생산성을 높인 전고체 배터리 핵심공정 장비를 개발해 상용화를 앞뒀다”면서 “올해 하반기 미국 전고체 배터리 개발기업에 장비를 공급할 예정”이라고 27일 밝혔다.
이를 위해 현재 엠플러스는 1공장 내에 황화물계 전고체 배터리를 다루기 위한 드라이룸을 설치하고 관련 롤프레스 장비를 제작하고 있다.
전고체 배터리는 양극과 음극 사이 전해질을 액체에서 고체로 바꾼 배터리다. 발화나 폭발 위험이 없어 안전성이 우수하고 에너지 밀도가 높아 '꿈의 배터리'로 불린다.
다만 모든 소재가 고체로 이뤄지다보니 저항이 높은 것이 한계다. 배터리 성능을 좌우하는 이온 전도가 쉽지 않은 것이다. 이를 해결하려면 전극을 매우 높은 압력으로 눌러 소재간 밀도를 높이고 계면저항을 줄이는 초고압공정이 필요하다.
초고압공정에는 온간정수압프레스(WIP) 방식을 주로 사용하고 있다. 물이나 기름을 유체로 이용, 모든 방향으로 균일하게 압력을 전달하는 장비를 활용한다. 다만 배터리셀을 밀봉하는 과정이 필요해 인라인 공정 구현이 어렵고 생산성이 높지 않은 것이 한계로 꼽힌다.
엠플러스는 이를 극복하기 위해 WIP가 아닌 롤프레스 방식으로 초고압 공정을 구현하는 장비를 개발했다. 회전하는 롤 사이로 전극을 흘려보내면서 압력을 가하는 방식이다.
고강호 엠플러스 기술연구소장은 “WIP는 모든 방향에서 동일한 압력을 작용시킬 수 있다는 점에서 이론적으로는 이상적이지만 연속 생산이 어렵고 자동화 공정 구현이 불가능하다는 문제가 있다”면서 “롤프레스 방식 고압 장비는 인라인 공정 구현이 가능한 것이 최대 강점으로 고속으로 제품을 생산할 수 있기 때문에 생산성 측면에서 훨씬 유리하다”고 설명했다.
롤프레스 장비는 위치마다 작용하는 압력이 다를 경우 소재 변형이 이뤄지고 배터리 품질이 떨어질 수 있다. 엠플러스는 전극 모든 부분에 동일한 압력이 가해질 수 있도록 롤의 크기, 롤의 개수, 배치 형태 등 설계를 시뮬레이션으로 최적화했다.
현재 고체전해질 소재로 황화물계, 음극에는 리튬메탈을 사용하는 것이 가장 표준화된 방식으로 거론된다. 이에 맞춰 엠플러스는 리튬메탈과 황화물계 고체전해질 소재의 불안정성을 잘 제어하면서도 생산성을 높일 수 있는 방향으로 장비를 개발했다.
김 대표는 “엠플러스는 파우치형 리튬이온 배터리 조립공정의 표준을 제시한 업체”라면서 “세계 많은 배터리 제조사들이 다양한 방식으로 전고체 배터리 양산에 도전하고 있는 상황에서 축적된 경험을 바탕으로 최적의 공법을 제안하고 안정적인 양산을 지원해 기술 표준화를 선도하고 시장을 선점할 것”이라고 말했다.
회사는 신규 장비 개발로 확보한 롤프레스 기술을 활용, 건식코터와 프레싱 장비도 개발 중이다. 이를 통해 전극공정 장비 시장에도 진출한다는 복안이다.
정현정 기자 iam@etnews.com
