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LG 와 SK 배터리 제조 공정 및 폼팩터 다변화 [2022-05-19]

2022-05-31
조회수 1250

배터리 제조 공정 및 폼팩터 다변화

[REOB 리서치_에너지분야] 



LG에너지솔루션 배터리 제조 공정

LG에너지솔루션은 이차전지 배터리 셀을 지그재그로 쌓는 'Z폴딩' 제조 공정 기법을 한 차원 개선한 '어드밴스드 Z폴딩' 공법 도입을 추진하고 있다.
그간 LG에너지솔루션은 '라미네이션&스태킹(라미&스택)'이라 불리는 독자적인 제조 공법을 고수해 왔다. 하지만 최근 다변화되는 글로벌 고객 주문 수요에 맞춰 새로운 공법을 적용하기로 한 셈이다.
LG에너지솔루션 고위 관계자는 "Z폴딩 공법은 20~30년 전부터 있던 기술이라 (제조) 속도가 느리지만 생산성을 높일 수 있는 어드밴스드 Z폴딩 공법 도입을 검토하고 있다"며 "라미&스택 공법 역시 지속적으로 품질을 높이면서 개선해 나갈 것"이라고 말했다.
'지그재그 폴딩' 또는 'Z스태킹'이라 불리기도 하는 Z폴딩은 분리막을 자르지 않고 지그재그로 쌓은 뒤 그사이에 양극재와 음극재를 순서대로 쌓는 방식이다. 양극재와 음극재가 서로 만나지 않고 분리된다는 점에서 안정성이 높다는 평가를 받고 있다.



SK온, 파우치형 단일화로 인한 리스크

SK온의 파우치형 집중 전략은 배터리 시장점유율 상승에는 긍정적인 역할을 했다. 배터리 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 SK온의 지난해 전기차 배터리 시장 점유율은 2020년 대비 0.1%포인트 상승한 5.6%를 기록하며 6위에서 5위로 올라섰다. 1.3%포인트 하락해 4.5%의 점유율을 기록한 삼성SDI과 대비되는 성장세다.
하지만 다양한 폼팩터의 배터리를 도입하는 완성차 기업이 늘어나는 상황에서 폼팩터를 다변화하지 않은 SK온의 약점은 뚜렷하다. 배터리 시장에서는 점차 원통형배터리의 수요가 파우치형을 앞서고 있다. 테슬라를 필두로 볼보, 재규어, 리비안, 루시드모터스 등 원통형 배터리를 채택하는 완성차 업체가 늘어나는 추세다.
SNE리서치는 원통형 배터리 수요가 2021년 83억6000만셀에서 2022년 106억6000만셀로 100억셀을 돌파한 후 2030년 285억8000만셀까지 증가할 것이라고 내다봤다. 2030년 시장 규모는 2021년 대비 3.4배쯤 늘 것으로 예측했다.
SK온은 원통형 대신 각형 배터리 개발을 검토 중이다. 최근 폭스바겐 등 글로벌 완성차의 각형 채용 움직임이 본격화해서다. 폭스바겐은 지난해 3월 열린 ‘파워데이’를 통해 2023년부터 각형 배터리를 사용하고, 2030년까지 80%로 비율을 높이겠다고 발표했다.


전기차 배터리 생산공정에 변화를 준 LG-GM

LG에너지솔루션이 새로운 전기차(EV)용 중대형 배터리 생산 공정을 적용한다. 배터리 내부의 불필요한 가스를 빼내는 디개싱(Degassing) 공정이 대상이다. 전해질 누출이 전혀 없는 '누수 제로' 기술이다. 제너럴모터스(GM)와의 합작사(얼티엄셀즈)에 적용될 계획이다. 그간 최종 패키징 이전에 진행하던 디개싱 공정에선 가스를 제거할 때 불가피하게 전해질이 일부 새어나왔다. 배터리 셀이 수평으로 뉘어져 있었기 때문이다. 신규 적용된 디개싱 기술은 배터리 셀을 수직으로 세운 상태에서 가스를 뺀다. 불량률을 대폭 낮출 수 있다. 장비 크기도 40%가량 줄었다. 공장 효율화로 생산성 향상이 가능하다. 얼티엄셀즈뿐 아니라 폴란드, 중국 공장의 신규 생산 라인에 순차적으로 적용될 전망이다.
디개싱은 충·방전을 반복해 배터리를 활성화하는 포매이션(활성화)이 포함된 후공정의 일부다. 파우치형 배터리에만 있는 공정이다. 원통형‧각형 배터리는 따로 가스를 빼지 않는다. 내부에 가스가 자리를 잡을 수 있는 여유 공간이 있다. 파우치형 배터리는 이런 공간이 없다.
그동안 디개싱 공정은 배터리 셀을 수평으로 챔버에 넣은 상태에서 이뤄졌다. 캐논 등 일본 장비 업체들의 방식을 그대로 썼다. 공기 포켓을 제거하는 과정에서 전해질 누수를 피할 수 없었다. LG에너지소루션은 배터리 셀을 수직으로 세운 상태에서 디개싱 공정이 이뤄지도록 했다. 기존 45미터 내외의 장비 길이를 20미터 중후반으로 설계했다. 배터리 공장 면적의 70%가량을 후공정이 차지하고 있다는 점을 고려했을 때 생산 라인의 길이를 줄여 생산성을 높일 수 있다.

SK이노베이션, LG에너지솔루션의 각 배터리 셀 공정법

LG에너지솔루션, SK이노베이션의 각 배터리 셀 공정법은 모두 장단점을 가지고 있다. 또한 각 기업은 자사에 특화된 공정법을 개발하고 적용해 왔다. 때문에, 어느 기업이든 갑자기 공정법을 변경하는 것보다는 각자 가지고 있는 공정법을 개선해 나가는 방식을 취하는 것이 합리적이라는 분석도 나온다. 추후 LG에너지솔루션은 안전성을, SK이노베이션은 생산성을 개선해 나갈 것으로 보인다.

한편, LG에너지솔루션은 최근 GM에 탑재된 배터리 안전성 문제로 대규모 리콜을 진행한 바 있다. 이에 대해 앞서 언급한 배터리 시장 전문가는 “GM 리콜 사태는 LG에너지솔루션의 성장통이라고 생각한다”며 “이를 기점으로 생산라인도 재정비했기 때문에 리튬이온 배터리 안전성을 강화하고 위기를 기회로 삼은 것으로 판단한다”고 말했다.




[출처]

-박윤구, 이축복, "LG엔솔, 전지공정 다각화 "모든 고객의 요구 맞춘다", 매일경제

http://it.chosun.com/site/data/html_dir/2022/04/08/2022040801934.html

-이광영, ”'원통형' 없고 '각형'도 없는 SK온, 파우치형 단일화에 리스크만 '확’”, IT조선
http://it.chosun.com/site/data/html_dir/2022/05/06/2022050601849.html

-이수환, “폭스바겐 노리는 SK온, 각형 배터리 파일럿 라인 구축”, 디일렉

http://www.thelec.kr/news/articleView.html?idxno=16741

-배유미, “LG엔솔과 SK이노의 셀 공정법, 무엇이 다른가”, 바이라인 네트워크

https://byline.network/2021/10/14-175/

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