K-배터리, 건식 공정 개발 `박차`

LG엔솔 등 시험생산 라인 구축
전극 제조비용 최대 30% 절감
테슬라는 배터리 4종 출시 예정

LG에너지솔루션 충북 청주시 오창 에너지플랜트 전경. LG에너지솔루션 제공.

LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 국내 배터리 3사가 전기차의 가격 경쟁력을 높이기 위해 '건식 공정' 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 건식 공정은 기존 습식 공정 대비 전극 제조 비용을 최대 30%까지 절감할 수 있어 배터리 가격을 크게 낮출 수 있는 게임 체인저로 평가된다.

14일 업계에 따르면 LG에너지솔루션은 올해 4분기 충북 오창 에너지플랜트에 건식 전극 공정의 시험생산 라인을 구축한다. 개발 중인 건식 전극 공정은 입자 크기에 상관없이 음극과 양극 모두에 적용할 수 있다는 게 특징이다. 상용화 목표 시점은 2028년이다.

현재 대부분의 배터리는 활물질에 유기 용매를 섞어 액체 상태인 슬러리로 만들고 이를 극판에 코팅하는 습식 공정을 사용하고 있다. 습식 공정은 200도 이상인 고열로 극판을 건조해 용매를 회수하는 시스템 설비가 필요하다.

반면 게임 체인저로 평가받는 건식 공정은 양극과 음극을 만드는 전극 공정에서 활물질을 고체 파우더로 만들어 금속 극판에 코팅하는 방식이다. 건식 공정은 회수 시스템 설비가 필요 없어 설비 투자와 공정에 들어가는 비용을 절감할 수 있다.

건식 공정을 도입하면 기존의 NCM(니켈·코발트·망간) 배터리를 LFP(리튬인산철) 배터리의 가격 수준 또는 그보다 낮은 가격으로 만들 수 있다. 건식 공정이 기존 습식 공정 대비 전극 제조 비용을 17%에서 최대 30%까지 낮춘다. 전기차의 가격 경쟁력과 직결되는 기술인 셈이다.

삼성SDI는 올해 9월 초에 충남 천안에 '드라이(Dry) EV'라는 이름의 건식 공정 파일럿 라인을 구축하고 시험 생산을 시작했다.

이는 국내 최초다. 삼성SDI가 전고체 배터리의 상용화 목표 시점을 2027년으로 설정한 만큼 건식 공정은 NCA를 넘어 전고체 배터리에도 적용될 것으로 기대되는 상황이다.

SK온은 미국 배터리 제조·장비업체 사쿠와 공동개발계약(JDV)을 맺고 기술을 개발하고 있다. 사쿠가 개발한 3D 프린팅 기술 기반의 건식 전극 공정용 장비인 '캐비안'과 SK온의 셀 양산 기술과 사쿠의 건식 공정 노하우를 결합해 전기차 배터리의 건식 전극 공정에 활용한다.

국내 배터리 3사가 건식 공정의 상용화에 속도를 내는 것은 가격 경쟁력 뿐 아니라 배터리 성능 향상에도 이점이 있어서다. 보통 전극이 두꺼울수록 에너지 밀도가 높아지는데, 건식 공정은 활물질과 도전재, 바인더의 혼합물이 고체 형태이기 때문에 전극을 두껍게 만들기 용이하다.

다만 기술 구현의 난이도가 높아 전 세계 어느 배터리 기업도 아직 건식 공정을 적용하지 못했다. 테슬라가 지난 2020년 4680 배터리에 건식 공정을 적용해 배터리 제조 비용을 50% 절감하겠다고 예고했지만, 아직 성공하지 못했다.

테슬라는 2026년까지 건식 공정을 사용하는 4680 배터리 4종을 내놓겠다는 계획이다.

문장혁 중앙대 에너지시스템공학과 교수는 "건식 공정에서 전극을 제조할 때 바인더로 테프론(PTFE)만 사용하고 있는데 소재 자체도 한정적이기 때문에 상용화까는 시간이 걸릴 것"이라며 "그럼에도 공정비용을 줄일 수 있고 에너지 밀도를 올릴 수 있는 차세대 기술인 만큼 사활을 걸 수 밖에 없을 것"이라고 말했다.

박한나기자 park27@dt.co.kr