"350도에도 견딘다"… 배터리 분리막 안전성 강화에 총력[현장르포]

대전 SKIET R&D센터
고내열성·고강도 제품 개발 완료
"기존공정 유지하며 제조원가도 유지"
향상된 성능에 합리적 가격 경쟁력
초박막·무코팅 등 개발에도 매진

지난 20일 대전 유성구 SK아이이테크놀로지(SKIET) 연구개발(R&D)센터에서 R&D를 총괄하고 있는 김진웅 센터장이 취재진과 인터뷰 하고 있다. SKIET 제공

【파이낸셜뉴스 대전=박소연 기자】 "이게 고객사에 전달되는 신제품입니다."

지난 20일 대전 유성구에 위치한 분리막 제조기업 SK아이이테크놀로지 연구개발(R&D)센터를 찾았다. 분리막 생산 공정 라인을 축소해 놓은 데모 공장에는 기름종이처럼 보이는 비닐이 두루마리 휴지처럼 말려 있었다. 촉감도 기름종이와 유사하다. 이 얇은 막이 최근 전기차 화재로 중요성이 대두되고 있는 리튬이온배터리분리막(LiBS)이다. 분리막은 양극과 음극을 갈라 둘의 물리적인 접촉을 차단해 배터리 화재를 일차적으로 방어하는 역할을 한다.

SKIET의 분리막 제조 공정은 크게 두 부분으로 나뉜다. 원료를 반죽해 얇게 뽑은 뒤 앞뒤, 양옆으로 쭉쭉 늘려 균일한 반죽을 뽑아내는 것이 첫 번째 공정이다. 이 원단을 늘려주는 공정을 연신 기술이라고 한다. SKIET는 분리막을 상하·좌우로 자유롭게 늘리는 '축차 연신' 방식을 쓴다. 균일한 두께와 강도 향상을 위해서다.

그렇게 완성된 원단은 두 번째 공정인 코팅으로 옮겨진다. 코팅은 한과에 쌀을 얹듯 얇게 제조된 분리막 원단 위에 세라믹을 입히는 절차다. SKIET 이수현 운영지원그룹 리더는 "분리막이 수축하면 양극과 음극이 만나 화재로 이어지기 때문에 수축을 방지하는 기술이 중요하다"며 "고온에서 수축이 방지되도록 하는 공정"이라고 설명했다.

SKIET는 최근 세계 최초로 350도 고온에도 견디는 분리막을 개발했다. 김진웅 SKIET R&D센터 센터장은 "기존엔 160도 이하의 내열성을 가진 분리막이 주를 이뤘는데, 이번에 저희가 350도 수준까지 견딜 수 있는 고내열성 제품을 개발했다"며 "현재 개발 및 특허 출원을 완료하고 고객사 평가를 진행 중"이라고 소개했다.

SKIET에 따르면 고내열성 분리막은 최대 350도 고온에서도 파단이 발생하지 않는다. 고열로 분리막이 손상돼 양극과 음극이 접촉하는 경우 일어나는 '단락'을 방지할 수 있다는 것이다. SKIET는 관련 특허를 출원 완료했다. 김 센터장은 "고내열성과 고강도는 '머스트'"라며 "반드시 지켜야 하는 기본 기술"이라고 말했다.

핵심은 가격 경쟁력이다. 분리막이 견딜 수 있는 온도가 높아졌지만, 제품 가격은 유지했다는 게 김 센터장의 설명이다. 그는 "기존 공정을 유지하면서도 제조원가 또한 유지하는 게 당사의 경쟁력"이라고 설명했다. 20년 넘게 분리막 기술을 연구해 온 SKIET가 약 1년 반 넘게 걸려 개발한 기술이라고 설명한다. 이어 "최근 배터리사들이 성능이 좋으면서도 안전성이 강화된 분리막을 요구하고 있다"며 "요구 사항을 반영해 합리적인 가격을 구현하는 것이 핵심"이라고 말했다.

SKIET는 2003년 연구팀 출범 이후, 2004년 국내 최초, 세계 세 번째로 LiBS 생산기술을 독자 개발했다. 2007년 세계 최초로 축차 연신 공정을 완성한 이후, 5마이크로미터(μm) 박막 제품 개발, 양면 동시 코팅 상업화에 성공했다. 현재 충북 증평, 중국 창저우와 폴란드 실롱스크에서 공장을 가동하고 있다.

현재 대전 R&D센터에서 돌아가는 개발 프로젝트는 10개가 넘는다. 최근엔 김철중 대표가 직접 기술 개발 회의를 주재해 과제들을 살폈다. 김 대표는 R&D센터와 마케팅 부문 간 '컨센서스 빌딩'을 강조했다고 한다. 고객의 수요를 파악하는 것은 물론 개발 단계에서 즉각적인 피드백이 가능하다. 김 센터장은 "고객사 요청→기술 개발→마케팅→고객사 요청의 선순환 구조가 돌아가고 있다"고 소개했다.

'강도' 역시 SKIET가 공들이는 요소다. 최근 기존 제품 대비 약 20% 강도를 높인 초고강도 분리막 개발을 완료하고 현재 고객 평가를 진행 중이다.

차세대 기술인 '초박막'과 '무코팅' 기술에도 매진하고 있다. 초박막은 1μm 이하의 두께에도 150도 고온에서도 수축 발생이 없는 초박막 고내열 분리막이다. 분리막 두께가 얇아지면 에너지밀도를 높일 수 있어 배터리 주행거리를 늘릴 수 있다. 무코팅 분리막은 세라믹 코팅 없이도 130도에서도 변형을 최소화하는 개념이다. 원단 자체로 내열성을 강화하는 기술이다.

김 센터장은 전기차 캐즘(대중화 전 일시적 수요둔화)은 "내년쯤 나아질 것"으로 봤다. 또 최근 치고 올라오는 중국 기술과 비교해서는 "크기를 크게 만들면서 전면을 균일하게 품질을 유지하는 게 굉장히 어려운 기술"이라며 차별성을 강조했다.

psy@fnnews.com