쌓거나 말거나..배터리사 제조공정 살펴보니

분리막 자르는 LG엔솔..접는 SK이노
삼성SDI, 와인딩·지그재그 스택 병행

[이데일리 경계영 기자] 전기자동차, 모바일 등에 들어가는 배터리(이차전지) 셀(배터리 기본 단위) 내부는 어떻게 구성될까.

LG에너지솔루션과 삼성SDI, SK이노베이션 등 국내 배터리 제조사가 핵심 4대 소재 가운데 액체인 전해질을 제외한 양극(+)과 음극(-), 분리막을 조립하는 방식은 돌돌 말거나 쌓는, 두 가지로 나뉜다.

와인딩 방식으로 만들어진 삼성SDI의 원통형 배터리. (자료=삼성SDI)

우선 삼성SDI(006400)는 일부 배터리를 생산할 때 ‘와인딩’(winding) 방식을 적용한다. 양극, 분리막, 음극 순으로 쌓은 후 돌돌 말아 케이스에 넣는 방식으로 ‘젤리롤’(Jelly Roll)이라고도 불린다. 각진 케이스에 넣으면 각형 배터리가, 원통에 넣으면 원통형 배터리가 된다.

배터리 제조 공법인 와인딩(왼쪽)과 라미 앤드 스택 방식 설명. (자료=LG에너지솔루션)

LG에너지솔루션과 SK이노베이션 모두 양극과 분리막, 음극을 쌓는 방식을 적용하지만 분리막을 쌓는 방법에 차이가 있다.

LG에너지솔루션은 분리막을 양·음극 길이와 동일하게 자른 후 양극과 분리막, 음극을 층층이 쌓아올리고 접어 마무리하는 ‘스택 앤드 폴딩’(Stack&Folding)을 적용한다. 전극을 셀 단위로 자르고 쌓아 접기 때문에 배터리 두께를 2㎜ 미만으로 얇게 만들 수 있을 뿐 아니라 디자인도 변형 가능하다.

이뿐 아니라 LG에너지솔루션은 양극·음극·분리막이 합쳐진 개별 셀(Mono-cell) 수십개를 쌓아올린 후 그 꼭대기에 분리막과 음극으로 구성된 개별 셀(Half-cell)을 붙여 하나의 배터리를 완성하는 ‘라미 앤드 스택’(Lamination & Stacking) 공법도 개발했다.

(자료=SK이노베이션)

이와 달리 SK이노베이션(096770)은 분리막을 자르지 않는다. 기다란 분리막을 지그재그 접어 쌓은 후 그 사이에 양극과 음극을 각각 끼워넣는 ‘Z 폴딩’ 방식을 도입했다. 분리막이 양극과 음극을 오가며 완전하게 감싸면서 양·음극이 만나지 않도록 분리한다는 점에서 안정성이 높다.

삼성SDI도 지난해부터 헝가리 공장의 일부 라인에 ‘지그재그 스택’ 방식을 적용했다. Z 폴딩과 마찬가지로 분리막을 지그재그로 겹겹이 쌓고 그 사이에 양극재와 음극재를 넣는 공법을 적용하면서 생산능력을 확충하는 효과가 있었다는 것이 삼성SDI의 설명이다. 올해 하반기 선뵈는 5세대(Gen5) 배터리도 지그재그 스택 방식으로 생산될 예정이다.

경계영 (kyung@edaily.co.kr)