니켈도금강판 관련내용 요약정리 (엔지니어TV, 각종뉴스)
✔ 테슬라의 4680 셀은 2170 셀과 비교하여 훨씬 두껍은 강철 캔을 사용한다는 것입니다. 이는 셀투샤시 구조적 적용 시 배터리 팩으로의 힘 전달 필요성을 고려한 것으로 보입니다.
✔ 니켈 도금 강판, 즉 테슬라에서 사용되는 원통형 배터리의 재료는 포스코의 블랙 플레이트로 만들어집니다. 이 소재는 내식성과 내약품성 등의 특성이 요구되며, 전해액에 부식되지 않아야 합니다. 특히, 전기차용 배터리의 수명이 10년 이상이 사용하기 위해선 일정한 두께를 유지해야 되며 이러한 표면처리 강판은 석도 강판에 비해 40~50% 정도 높은 가격으로 거래됩니다.
✔ 초기 수율을 확보하기 위한 과정이 필수적이기 때문에 초기 단계에서는 영업이익율에 대한 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 센과 캔 업체에 공급업체로 지정되지 않는다면 새로운 시장 진입이 어려울 수 있습니다.
✔ 니켈 도금 강판의 핵심 기술은 포스코가 독점적으로 제공하는 블랙 플레이트를 활용하여 니켈 도금, 어닐링, 그리고 연속적인 열 처리 공정을 구현하는 것입니다. 이 기술은 아연 도금 강판 기술과 유사하며, 해당 기술을 보유한 업체들은 비교적 쉽게 적응할 수 있습니다. 연속 소둔 장비는 이 공정에서 가장 중요한 장비로, 설치에는 약 3개월의 시간이 필요하며, 시운전에는 약 1개월의 시간이 소요됩니다.
✔ 글로벌 공급 업체로는 Toyo Kohan, NSC, 그리고 인도의 Tata가 있습니다. 4680 셀이 적용된 전기차의 수가 증가하면 니켈 도금 강판의 공급 부족 문제가 예상됩니다.
✔ 2차 전지 산업에 진출하기 위해서는 원통형 배터리 제조업체와 캔 제조업체를 선택해야 합니다. 현재 국내에서는 TCC 스틸만이 니켈 도금 강판을 생산하고 있지만, 동국산업이 시장에 진입하고 있으며, KG 스틸도 진출할 가능성이 있습니다.
✔ 동원시스템즈는 동국산업으로부터 니켈 도금 강판을 공급받아 LG 에너지 솔루션에 공급할 예정입니다. 동국산업은 1차로 8만톤, 2차로 추가로 5만톤의 증설을 진행하여 총 13만톤을 2024년에 완공할 예정입니다. 양산 시점은 2025년 초로 예상됩니다.
✔ TCC 스틸은 20만톤의 생산 목표를 가지고 있으며, 2023년 8월에 준공을 완료할 계획입니다.
원형 4680 대량 생산 2번째 기술 단계, 핵심 기술 기업들?
테슬라가 배터리데이에서 발표한 4680 셀은 수율 향상을 위해 노력 중입니다. 비록 항상 계획보다는 조금 느리지만, 테슬라는 4680 셀 생산을 계속 확대할 것으로 보입니다. 2023년 1분기 재무 결과 발표 후 테슬라는 컨콜에서 4680 셀 생산에 대한 자세한 업데이트를 제공했습니다.
배터리데이의 다섯 가지 노력 영역에서 2026년까지 비용 절감 로드맵을 수립했으며, 양극 및 음극 재료 구조적 팩 개념에 대한 전지 공장 자체의 개선 작업은 모든 측면에서 진전되었습니다. 특히, 텍사스에 위치한 4680 공장 건물의 시운전 설치 및 운영 일부가 진행 중이며, 배터리데이에서 설명한 대로 이 공장이 완전히 가동될 때 일반 전지 공장보다 기가와트당 자본 지출이 70% 더 낮아질 것으로 예상됩니다.
배터리데이에서 공개된 것은 배터리 디자인의 1세대 버전이며, 현재 텍사스에서는 두 번째 버전을 더 많이 생산하고 있습니다.
이전 영상에서는 테슬라를 포함한 총 4개사가 2023년 하반기에 대규모 양산을 시작할 예정임을 다뤘으며, 이번에는 캡(cap), 캔(can) 등의 부품을 중점적으로 살펴보겠습니다.
양극재 부분은 배터리데이의 로드맵에 따라 다양한 활동이 진행 중입니다. 리튬의 경우, 정제소의 올해 착공 목표는 연말까지 시설의 일부를 시운전하는 것입니다. 양극재 전구체는 실험실 및 파일럿 규모에서 모두 공정을 성공적으로 시연하였으며, 이 기술을 오스틴에 통합하기 위한 세부 설계 단계에 있습니다.
양극재 생산은 연말 전에 첫 번째 재료를 생산하는 것을 목표로 하고 있습니다. 양극 극판은 다음 분기에 건식 및 습식 커미션인 건식은 음극에만 적용되었고, 양극에도 적용하기 위한 시운전을 진행할 예정입니다. 현재 오스틴에는 새로운 양극 건물이 건설 중이며, 50%의 장비와 75%의 유틸리티가 이미 설치되었습니다.
테슬라는 건식 전극 문제를 해결하기 위해 배터리 전문가를 영입했습니다. 맥스웰을 통해 얻은 기술은 아직 완전히 성숙해지지 않았기 때문에, 테슬라가 4680 배터리 셀 생산을 대규모로 확대하기 전에 추가 작업이 필요했습니다.
텍사스의 기가팩토리에서 생산된 모델 Y 차량의 배터리 셀 분해 결과는 여전히 건식 전극 요소가 테슬라가 필요로 하는 위치에 없음을 나타냅니다. 이러한 문제로 인해 테슬라는 4680 생산을 늘리는 데 여전히 주요 병목 현상이 발생하고 있습니다. 이에 따라 테슬라는 건식 전극 프로젝트를 완료하기 위해 새로운 배터리 제조 전문가를 고용했다는 결정을 내렸습니다.
Matt Tyler는 Milwaukee School of Engineering에서 기계 공학 교육을 받은 후 10년 이상 동안 배터리 셀에 대해 연구했습니다. 최근에는 캠브리지를 기반으로 한 배터리 제조업체인 24M에서 일했습니다. 이전에는 MIT 연구실에서 엔칭창 박사가 발명한 Semi-Solid 전극에 대한 연구에 참여했습니다. 이 전극은 바인더를 사용하지 않고 전해질과 양극재를 혼합하여 점토와 비슷한 슬러리를 형성합니다.
독특한 슬러리를 사용하면 부피, 질량 및 비용이 적은 두꺼운 전극을 만들 수 있으며 제조 공정이 더 단순화됩니다. 이로 인해 더 안정적인 성능과 간단하고 안전한 제품을 얻을 수 있습니다. 이러한 기술은 테슬라가 건식 전극을 통해 이루고자 하는 목표와 매우 유사합니다.
최근 4680 셀의 분해 결과를 검토한 배터리 전문가들은 이 셀이 현재 전기 자동차에 사용되는 다른 원형 셀들과 비교하여 하나 더 많은 3개의 전기 단자를 가지고 있음을 발견했습니다. 이러한 사실로부터 테슬라가 충전을 최적화하고 안정성 및 안전성을 향상시키기 위해 주요 배터리 매개 변수를 모니터링하는 데 이 셀을 사용할 수 있다는 가설이 제기되었습니다. 그러나 이에 대한 확실한 결론은 아직 내려지지 않았습니다.
4680 전지는 높은 에너지 밀도, 낮은 생산 비용, 그리고 우수한 안전성을 가능케 하는 몇 가지 혁신적인 기술을 시장에 선보였습니다. 테슬라의 연구 및 개발(R&D) 팀은 최근 몇 달 동안 이러한 기술을 개선하고, 여러 특허를 출원하여 새로운 공정이 곧 생산에 도입될 수 있음을 입증했습니다.
한 가지 변화가 있습니다. 이 변화는 다른 전기 자동차에는 없기 때문에 처음에는 혼란스러웠습니다. 테슬라는 이 새로운 디자인을 비밀로 유지했기 때문에 전문가들은 세 번째 터미널의 목적을 추측하기 위해 역공학을 시도할 수밖에 없었습니다.
세 번째 터미널은 배터리의 주요 매개변수를 실시간으로 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 이는 배터리 관리 시스템(BMS)이 개별 배터리 셀을 더 효과적으로 제어할 수 있도록 변화를 가져올 수 있습니다. 이를 통해 충전 속도를 최대화하고 신뢰성 및 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 특히, 테슬라의 사이버 트럭과 같이 대형 차량에서는 더 큰 배터리팩과 파워가 필요하기 때문에 세 번째 터미널이 더욱 필수적인 역할을 할 수 있습니다.
EVE 에너지는 4680 셀 생산 업체 중 하나로, BMW를 위해 NCM 기반의 원통형 4695 배터리를 공급할 예정입니다. 이 배터리는 4680 배터리 대비하여 에너지 밀도가 20% 높고 주행 거리가 40% 더 뛰어난 스펙을 자랑합니다. 올해 4월, EVE 에너지의 회장은 2023 중국 전기자동차 포럼에서 이러한 대형 원통형 배터리를 대량 생산하여 BMW에 공급할 계획이며, 규모를 더욱 확장할 것이라고 발표했습니다. 이 배터리가 테슬라의 4680보다 우수한 이유는 90% 니켈 함량의 양극재와 실리콘 탄소 음극을 적용한 결과라고 합니다.
Fraunhofer 연구소의 조사 결과에 따르면, 4680 폼팩터에서 양극재와 음극재의 종류에 따라 에너지 밀도가 증가하는 것을 조사했습니다. 특히, 실리콘 함량의 증가와 NCMA 니켈 90% 양극재의 적용으로 인해 LFP(흑연) 대비 부피는 2배, 무게 에너지 밀도로는 1.7배 높아져서 전기차의 주행거리를 증가시킬 수 있음을 밝혀졌습니다.
그림에서 볼 수 있듯이, 4680 디자인은 아니지만 원형 배터리는 각형과 유사하게 다양한 기계 부품으로 이루어져 있습니다. 이 배터리는 크게 상부 캡(cap)과 하부 캔(can)으로 구분됩니다.
참고로, 중국 최대 셀 기구 부품 기업인 커다리는 캡, 캔, 모듈, 팩의 모든 기구 부품을 제조하고 있습니다. 또한, 이 기업은 한국 소재 부품과 유사한 밸류를 받고 있으며, 현재 시가 총액은 6조원에 이릅니다.
커다리는 최근 연례 보고서에서 4680 배터리 구조 부품에 대한 관련 기술의 진행 상황을 공개했습니다. 보고서에 따르면, 현재 배터리 구조 부품 시리즈의 자동 조립 라인 기술은 기본적으로 성숙한 단계에 있으며, 시험 생산 단계를 완료하고 대량 생산을 실현할 수 있는 배치 검증 단계에 진입했다고 밝혔습니다.
중국 기업을 언급한 이유는 한국의 기구 부품 기업들이 4680 배터리의 진행 상황을 파악하기 위한 참고 자료로 활용되고 있기 때문입니다. 그러나 테슬라가 캡과 캔을 어디에서 공급받는지에 대해서는 명확하지 않습니다. 미국에도 기구 부품을 공급하는 회사가 있지만, 테슬라는 캔을 직접 제작하고 있는 것으로 알려져 있습니다.
캔의 두께는 2170은 125~250um이며, 4680 타입은 500~600um입니다. 이 중요한 발견 중 하나는 테슬라의 4680이 2170보다 훨씬 두꺼운 강철 캔을 가지고 있다는 것입니다. 이러한 선택의 이유는 배터리 팩의 구조적 요소로서 힘을 전달해야 할 필요성 때문일 가능성이 큽니다.
만약 4680 캔의 두께를 얇게 만들고자 한다면, 모듈이나 팩에서의 보강이 필요할 것입니다. 그러나 테슬라는 팩과 모듈을 없앤 자동차 샤시에 바로 장착하기 때문에 캔이 받는 하중이 상당히 크기 때문에 캔의 두께를 줄이는 것은 어려울 것으로 예상됩니다. 이는 4680 셀을 더욱 무겁게 만들고, 이로 인해 주행거리에 대한 패널티가 발생할 것으로 추정됩니다. 패널티는 약 10~15% 정도로 예상됩니다.
원소재에 대한 정보를 알아보면, 포스코는 4680 캔에 사용되는 배터리 케이스용으로 BP(Black Plate) 석도원판을 개발 중입니다. BP는 주로 주석 및 크롬 도금용으로 사용되는 원판 소재입니다.
BP는 석도강판으로 가공한 후 식품 및 분유 캔, 배터리 케이스 등의 제작에 사용됩니다. 구체적인 판매 계획은 2027년까지 원통형 배터리용 BP 판매량을 2만 톤까지 확대하는 것입니다. 4680은 2024년부터 판매를 시작할 계획이며, 포스코는 BP를 생산하여 도금사에 공급하고, 도금사에서 BP에 니켈을 도금하여 원통형 배터리 제조사에 공급할 예정입니다. 4680 BP는 2170 대비 더 높은 기술적 요구 사항을 충족해야 할 것으로 예상됩니다.
니켈 도금 강판은 포스코의 석도원판을 기반으로 하며, 표면처리 기술, 열처리 기술 및 원소재 가공 기술이 복합적으로 적용된 제품입니다. 이 제품은 내식성, 내약품성 및 전해액 저항성이 뛰어나야 합니다. 또한, 가공성이 우수해야 합니다. 원판을 원형의 캔으로 가공하는 것은 쉽지 않은 기술이므로 높은 수준의 기술이 필요합니다.
이번 영상에서는 테슬라가 4680 배터리의 양산에 대한 강력한 의지를 확인했습니다. 이에 BMW를 비롯한 다른 전기차 기업들도 해당 기술에 관심을 보이고 있으며, 배터리 셀 및 부품 기업들도 대량 생산을 준비하고 있습니다. 이러한 상황에서 기술적인 요소들을 종합적으로 검토해 보았습니다.
니켈도금강판 독점유지 지속 가능성? .. TCC스틸
계속해서 배터리 부품 시리즈를 살펴보겠습니다. 이번에는 중심에는 4680 형태의 원형 배터리가 있습니다.
원래 원형 배터리의 부품 셀 자체는 전동공구가 등장하기 이전에 주로 노트북에 사용되었으며, 그 시기에는 매우 성공적이었습니다. 그러나 최근에 테슬라가 원형 배터리를 도입하기 전까지는 이러한 배터리가 사라질 가능성도 있었습니다. 이는 이익을 창출하기가 매우 어려운 배터리 종류였습니다.
전기차 시대에 접어들면서 배터리의 역할과 중요성이 더욱 부각되고 있는데, 특히 4680 셀의 대량 생산이 시작되면 해당 셀에 사용되는 니켈 도금 강판의 가치도 상당히 높아질 것으로 예상됩니다. 4680 셀의 대량 생산 초기에는 니켈 도금 강판의 부족이 발생할 것으로 보이지만, 그 이후의 성장성에 대해서는 정확히 예측하기 어려운 상황입니다.
이전에는 SP 시스템 캡아세이의 역량 등에 대해 간략히 소개했었는데, 오늘은 한국에서 유일한 TCC 스틸의 기술력에 대해 살펴보겠습니다. TCC 스틸은 원형 니켈 도금 강판 분야에서 우수한 기술력을 보유하고 있습니다.
TCC스틸의 기술력을 이해하기 위해서는 철강 산업의 밸류체인 서플라이 체인에 대해 알아야 합니다. 이전 단계에서는 포스코, 현대제철, 동국제강과 같은 기업들이 관련되었습니다. 이 부분을 현재의 산업과 관련짓으면 배터리 리사이클링과 밀접한 연관이 있다고 볼 수 있습니다.
또한, 특수 철강 부문에서는 냉연 스테인리스 스틸인 STS냉연 간판을 포함합니다. 이 부분은 니켈 금속과 밀접한 연관이 있습니다. 강관, 강선류, 냉연 간판은 아연도금 컬러 강판과 석도 간판으로 구성됩니다. 이 중에서 동양 석도 간판은 TCC스틸의 제품입니다.
최근 동향을 살펴보면, 열간 압연 및 열간 압연 강판에서는 냉연 간판, 아연도 강판, 색상 강판, 전기강판 등이 등장합니다. 여기에는 석도 간판도 포함되어 있는데, 이 부분에서 TCC 동양이 이전에 사용한 이름입니다. 또한, 이 부분에서 동부제철은 케이지 스틸로 알려져 있습니다. 석도 강판에서는 주로 주석과 니켈로 구성됩니다.
그리고 국내에서 니켈 도금 강판을 생산하는 기업은 TCC만 있습니다. 이런 상황에서 KG 스틸도 니켈 도금 강판을 생산할 가능성이 높겠지만, 아직까지는 관련된 소식이 나오지 않고 있습니다.
기존 철강 산업에서 2차전지 산업으로 진출하는 과정에서는 원형 배터리 제조업체나 부품 제조업체와의 협력이 필수적입니다. 예를 들어, 캔 제조업체와의 협력이 그중 하나일 겁니다. 이런 선택과정에서 KG 스틸은 아직 확신을 가지기 어려운 상황인 것으로 생각됩니다.
그림은 니켈 도금 강판과 주석도금 간판의 공정이 유사하다고 보이며, 석도 원판을 도금하는 과정을 보여줍니다. 실제 공장은 상당한 규모의 플랜트로 이루어져 있으며, 이러한 공정은 다양한 단계를 거쳐 이루어집니다. 예를 들어, 포스코에서는 코일 형태로 받은 석도 원판을 클리닝하고 열처리하는 과정을 거친 후, 인라인 도금 라인을 통해 처리됩니다. 도금이 완료된 후에는 적절한 크기로 절단되어 최종 제품이 생산됩니다. 니켈 도금의 경우, 인라인 도금 라인을 구축하는 것은 상당한 투자가 필요하며, 릴 자재로서의 특성 때문에 일정한 품질을 유지해야 합니다.
이러한 형태는 배터리의 전극에 사용되는 알루미늄 호일 및 분리막과 같은 산업과 유사합니다.
설비 투자가 필요하며, 인라인에서 일관된 품질을 유지해야 하지만, 이러한 기술은 설비 투자는 비교적 쉽게 이루어지나 초기에 불량률이 높기 때문에 수익을 창출하기 어렵습니다. 이러한 이유로, 셀 제조업체나 캔 제조업체에서는 공급 업체로 지정되는 것이 쉽지 않은 일입니다.
도금 제품은 다양한 형태를 가지고 있습니다. 예를 들어, 석도 강판 스틸 위에는 세미그로스, 니켈 매트, 니켈 등 다양한 종류의 니켈이 코팅됩니다. 특히 2차 전지용 제품은 니켈 철 디퓨저 레이어 위에 소프트 니켈이 적층되어야 합니다. 이를 위해 열처리가 필요한데, 이유는 전해액과의 반응성을 향상시켜야 하기 때문입니다. 또한, 부식이 발생하지 않아야 하며, 특히 중요한 것은 스탬핑 공정 중에 크랙으로 인한 녹이 발생하지 않아야 합니다. 만약 스틸층이 노출되면 녹이 발생할 수 있습니다. 이러한 이유로, 니켈 도금은 강력하게 이루어져야 합니다.
원형 캔으로 사용되기 위해서는 여러 가지 요구 사항이 있습니다. 그 중 하나는 전기적 접촉 저항입니다. 실제로 원통형 캔에 전극이 용접되면서 전류가 통하지는 않지만, 용접성이 있어야 합니다. 여기서 그로우스는 코팅 이후에 전기 접촉 저항치가 49로 증가하는 경향이 있습니다. 그러나 원통형 소재인 디퓨저 러닝드는 전기적 접촉 저항치가 크게 증가하지 않습니다. 이러한 요구 사항을 충족해야 원통형 캔 제조업체에 제품을 공급할 수 있습니다.
이 그림은 내식성과 내약품성에 대한 비교입니다. 이러한 테스트는 일반적으로 소금 부식 테스트로 수행됩니다. 이 테스트에서는 35도에서 2시간 동안 진행되며, 소금 함량이 0%, 10%, 심지어는 25%에서도 적은 부식이 나타납니다.
또한, 니켈 도금 원판은 정확한 크기와 두께를 만족해야 하며, 그것을 생산할 수 있는 기술이 필요합니다.
4680의 하부에는 구리와 니켈 도금 강판이 사용됩니다. 또한 캔과 캡의 상부와 하부도 동일한 재질로 구성되어 있습니다. 그러나 이 두 가지 재질이 함께 사용되고, 레이저 용접과 같은 프로세스가 적용된 경우, 용접의 일관된 품질이 보장되어야 합니다. 도금이 적용된 경우에는 용접 품질이 저하되는 경우가 종종 있습니다.
2170에서는 탭과 뚜껑 사이의 용접이 수행됩니다. 캔에 직접적으로 용접되지는 않지만, 재질적으로는 동일한 재질을 사용하고 있으며, 도금의 차이가 있을 수 있습니다. 이는 용접 과정에서 도금 품질을 관리해야 함을 의미합니다.
테슬라의 4680 배터리에는 홀에 선을 넣기 위해 레이저 웰딩이 사용됩니다. 이 경우에도 니켈 도금강판을 사용하는 경우, 도금이 일정하게 유지되어야 합니다.
2170의 생산 부품인 캡, 캔, 그리고 니켈 도금 판, BP 등은 이미 결정된 사항입니다. 그러나 4680은 더 큰 시장이 될 것으로 예상되지만 아직까지는 확정되지 않았습니다. 일부 기업들이 이미 선택되었다고 알려졌지만, 이 부분은 아직 확정된 것으로 보이지 않습니다. 니켈 도금 강판의 경우 한국 기업 중에서는 TCC 스틸이 유일한 공급 업체로 알려져 있습니다.
또 다른 캔 스탬핑 기업으로는 동원시스템즈, 상신 신흥, LT정밀, 일광캔 등이 있습니다. 최근 기사에 따르면 동원시스템즈가 동국산업과 협의하여 TCC 스틸을 이원화하려는 노력을 기사화했습니다. 동국산업은 냉연 간판, 아연도강판, 칼라강판 등을 생산하는데, 철강 산업 밸류체인에서 케이지스틸과 함께 TCC 스틸을 경쟁할 수 있는 위치에 있을 수 있습니다. 그러나 2차 전지 산업으로 진입하기 위해서는 셀 기업 및 캔 기업의 승인이 필요하기 때문에 투자 후에도 양산이 쉽지 않을 수 있습니다. 이러한 측면도 주목할 필요가 있다고 생각됩니다.
니켈도금강판 2가지 핵심 장비, 동국산업
4680 원통형 배터리 46시리즈의 기술 발전을 계속 추진하고 있습니다. 니켈 도금 강판의 양산 시점에 대해선 동국산업이 핵심 설비를 발주했다는 소식이 있습니다. 4680 생산이 증가하면 니켈 도금 강판의 사용량도 증가할 것으로 예상되며, 이에 대비하여 동국산업이 준비를 진행하고 있는 것으로 보입니다.
동원시스템즈와의 전략적 MOU 체결에 이어, 동국산업은 2022년 8월 투자 공시를 통해 880억 원을 투자하여 니켈 도금강판 제조라인을 구축하기로 발표했습니다. 이 공장은 1단계로 8만톤을 생산할 수 있는 생산라인을 갖추고, 최종적으로는 13만톤까지 생산량을 확대할 계획입니다.
최근 6월에는 니켈 도금강판 생산 확충을 위해 1100억원을 추가로 투자하기로 결정되었습니다. 이에 따라 생산량을 총 13만톤으로 늘리기 위해 1차로는 8만톤을, 2차로는 5만톤을 증설할 예정입니다. 공장은 작년에 착공하여 2024년 하반기에 완공될 예정이며, 실질적인 양산이 시작될 시기는 2025년 초로 예상됩니다.
24년에서 25년으로의 연기는 아닙니다. 2024년에 공장은 착공되었고, 예상외의 상황으로 인해 공정이 연기되어 2025년 초에 실질적인 양산이 시작될 것으로 예상됩니다.
니켈 도금강판의 핵심 기술은 디퓨전 레이어와 소프트 니켈 도금 층입니다. 이 두 가지 특수 층은 원형 배터리의 제작에 필수적인 기술로, 전기차에 적용될 때 강도와 전해액을 견딜 수 있어야 하며, 부식으로 인해 불필요한 성분이 발생하지 않아야 합니다.
니켈 도금도 철판에 폭 길이 방향으로 균일한 두께를 유지해야 합니다. 롤에 감겨진 재료의 일정한 품질 유지는 생산 공정에서 어려운 기술적 도전입니다.
TCC 스틸의 웹사이트 다이어그램을 살펴보면, 니켈 도금강판의 핵심 기술은 BP(Black Plate)로 시작하여, 이를 이용해 니켈 도금, 어닐링, 그리고 연속적인 소둔 열처리 공정이 이루어지는 핵심 공장으로 구성되어 있습니다. 이러한 공정을 효과적으로 구현함으로써 대량 생산이 가능해지는데, 이를 위해서는 단독 배치가 아닌 연속 설비를 운영할 수 있는 기술력이 필요합니다.
니켈 도금 플레이팅 기술은 아연 도금 강판 기술과 비슷합니다. 열연 코일은 표면 스케일을 산세 공정으로 제거한 후, 아연 도금 욕조를 통과시켜 아연을 표면에 도금하여 생산하는 제품입니다.
아연 도금 공정은 니켈 도금 공정과 유사한 공정을 거치게 됩니다. 따라서, 이전에 아연 도금 강판을 생산하던 기업들은 니켈 도금 공정과 유사한 절차를 이미 숙지하고 있어서, 적응하기가 비교적 수월한 기술입니다.
니켈 도금 공정이 담긴 사진입니다. 여기서 코일이 니켈 도금 욕조를 통과하며 니켈 도금이 진행되는 것으로 유추됩니다.
아연 도금 공정은 니켈 도금 공정과 유사한 공정입니다. 이 공정에서는 코일을 위아래로 계속해서 이동시키며 아연 도금 욕조를 통과시키고, 그 과정에서 아연 도금 층을 형성합니다. 각 니켈 플레이트 탱크를 통과하여 일정한 두께를 유지하고, 마지막으로 코일을 벌려주고 최종적으로 절단하여 제품을 완성합니다. 이 공정은 도금 전 전처리, 베이스 메탈 표면 불순물 제거 등에서는 차이가 있을 수 있지만, 전반적인 공정 프로세스는 유사합니다.
다음으로는 소둔(Annealing) 공정에 대해 알아봅시다. 이 공정은 금속 재료를 특정 온도로 가열하고 일정한 방법으로 냉각속도를 조절하여, 원하는 속성을 부여하는 과정입니다. 주로 철과 같은 금속 재료에 적용되며, 이를 통해 재료의 무르거나 단단해지는 효과를 얻을 수 있습니다. 이는 재료에 필요한 원하는 성질을 제공하기 위한 작업으로, 열을 가하고 냉각시킴으로써 재료의 구조를 변경시키는 과정입니다.
열처리 방식은 다양한 기술로 나뉘며, 주로 소둔(Annealing), 소준(Normalizing), 소입(Quenching), 소려(Tempering) 등이 있습니다. 이러한 열처리 기술은 배터리 기술에서 양극재, 음극재, 케이스, 고체 전해질 등 다양한 부품에 적용되며, 각 부품의 열처리 기술을 이해하는 것이 중요합니다. 열처리 과정은 재료의 성질을 조절하고 원하는 특성을 부여하기 위해 사용됩니다.
여기 예시는 배치 소둔의 일부입니다. 이것은 작은 철 구조물과 같은 개별 단위의 물체들을 한 번에 처리하는 소둔 장비에 대한 장면입니다. 이 장비는 작은 물체들을 한꺼번에 배치하여 소둔할 수 있습니다.
넣은 후 10일 동안 열을 가할 것입니다. 열을 조절하는 방식은 프로파일에 따라 변화합니다. 스틸 덩어리를 소둔하는 장비는 각각의 스틸을 개별적으로 다루지만, 소둔은 연속적으로 이루어지는 장비입니다. 이는 우리가 보통 경험하지 않는 거대한 규모의 작업입니다. 개별적인 스틸이 연속적으로 열처리를 거쳐 나오는 모습입니다. 동국산업도 이러한 작업을 수행하기 위해 ebner의 연속 소둔 장비를 사용하고 있습니다.
연속 소둔 장비의 사진입니다. 사람과 비교하면 최소한 100미터 정도의 공간이 필요할 것으로 보입니다. 이 장비를 설치하는 데는 수개월에 걸친 상당한 시간이 필요합니다.
연속 소둔 장비에 대한 직접적인 설명 영상은 없지만, 니켈 도금강판과 유사한 롤 방식의 연속 소둔 과정을 상상할 수 있습니다. 그러나 설비 내부에서 어떻게 열을 조절하는지에 대한 프로파일은 공개되지 않을 것으로 예상됩니다.
냉간 압연 강판은 매우 딱딱하게 되어 있어 가공성이 부족합니다. 따라서, 니켈 도금 강판을 스탬프 프레스를 사용하여 캔으로 가공해야 합니다. 이과정에서 열처리를 통해 강판을 부드럽게 하여 가공성을 향상시킵니다. 소둔 가열로 650도에서 850도로 가열한 뒤 일정 시간 유지하여 재결정을 유도하고, 그레인 사이즈를 변경하여 경도를 저하시키고 가공성을 개선하는 작업을 수행합니다.
소둔 방식은 BAF 상자 소둔 방식과 CAL 연속 소둔 설비로 나뉘며, 최근 대부분의 철강사들이 품질과 생산성을 향상시키며 제조 원가를 절감하기 위해 연속식 소둔 방식을 채택하고 있습니다.
Ebner는 이 분야에서 주요 기업 중 하나로 꼽힙니다. 연속 소둔 장비는 가장 중요한 장비로, 국내 도착 후 설치에는 약 3개월이 소요되며, 그 크기를 고려하면 시간이 상당히 소요될 것입니다. 그 후에는 운전을 계속하면서 장비 조건을 조정하며, 약 1개월 후 시운전을 통해 품질을 조정한 뒤 약 3개월 후 본격적인 양산에 돌입하여 매출을 확보합니다. 현재 4680 생산량이 증가함에 따라 니켈 도금 강판의 수요도 증가하게 될 것이며, 이를 생산하여 판매할 수 있는 준비가 필요합니다. 동국 산업이 이를 가능케 할 것인지에 대한 관심이 높아질 것입니다.
동국산업, 동원시스템즈와 MOU…원통형 배터리 케이스 시장 공략한다.
동국산업은 내연기관차용 냉연 특수강을 넘어 니켈 도금 강판 소재사업을 확대한다고 선언했습니다. 회사에 따르면 최근 이차전지 사업을 확대 중인 동원시스템즈와 전략적 업무협약(MOU)을 체결하여 이차전지용 원재료인 니켈 도금 강판의 공급, 판매, 및 개발을 위한 상호 협력 관계를 구축할 예정입니다.
오전 10시, 서울시 서초구에 위치한 동원시스템즈 본사에서 협약식이 열렸습니다. 동국산업의 이원휘 대표와 동원시스템즈의 조점근 대표를 비롯한 관계자들이 참석한 가운데 진행되었습니다. 두 회사는 이번 협약을 통해 니켈 도금 강판의 안정적인 공급 및 원통형 배터리 케이스의 생산과 개발에 적극 협력하여 이차전지 원통형 배터리 케이스 시장을 주도하고자 합니다.
동국산업은 1967년 설립되어 주로 자동차용 냉연 특수강을 제조하고 판매하는 회사였습니다. 그러나 최근 내연기관에서 전기차로의 전환 트렌드가 가속화되면서 관련 부문의 매출이 감소하게 되었습니다. 이에 회사는 니켈 도금 강판과 텅스텐 소재 등에 대한 대담한 투자를 결정했습니다. 이번 투자는 10년 만에 이루어지는 대규모 투자로, 지금까지 주력 사업이었던 내연기관 자동차 사업과 함께 전기차 및 신소재 사업 관련 기업으로의 전환을 목표로 합니다.
회사는 작년 8월 투자 공시를 통해 880억원을 투자하여 원통형 배터리 케이스용 소재인 니켈 도금 강판 제조 라인을 새롭게 구축할 것을 발표했습니다. 이 제조 라인은 1단계에서는 8만톤, 그리고 2단계에서는 추가로 생산량을 늘려 최종적으로는 13만톤의 니켈 도금 강판을 생산할 계획입니다. 이러한 계획에 따라서 2024년부터 양산에 돌입할 것으로 예상됩니다. 특히 현재 니켈 도금 강판의 공급 부족 우려가 제기되고 있는 상황에서, 동국산업의 성장 전망은 매우 밝게 평가됩니다.
동원시스템즈는 국내에서 선두적인 종합 포장재 기업으로, 연포장재부터 PET, 유리병, 산업용 필름 등 다양한 소비재의 포장재를 제조하고 있습니다. 이 회사는 동원기업의 그룹사로 시작되었으며, 참치캔 등 수산물 가공식품의 포장재 생산에 직접 참여하며 성장해왔습니다.
이 회사는 2016년에 2차전지 사업에 진출하기로 결정하여 제조 기술력을 기반으로 사업 영역을 확장하기로 했습니다. 또한, 2021년에는 2차전지 제조업체인 엠케이씨를 인수하고, 작년 7월에는 585억원을 투자하여 원통형 배터리 케이스를 생산할 수 있는 설비를 구축했습니다. 이 공장이 준공되면 동원시스템즈는 매년 약 5억 개 이상의 원통형 배터리 케이스를 생산할 수 있는 능력을 갖추게 될 것입니다.
동국산업과 동원시스템즈의 협력을 통해 고품질의 원통형 배터리 케이스가 시장에 공개될 것으로 기대됩니다.
동국산업 관계자는 “이번 협약을 통해 동원시스템즈에 배터리의 핵심 원재료인 니켈도금강판을 안정적으로 공급할 계획"이라며 “앞으로도 고탄소강 냉연 제품 외 포트폴리오를 확대하여 사업 경쟁력을 높일 것”이라고 전했습니다.
동원시스템즈, 원통형 배터리 캔 공장 증설 ... "LG엔솔에 공급"
아산사업장에 연간 총 5억캔 대량 생산 체제 구축
4680 규격 배터리 캔 개발 ... 국내 이차전지 제조업체 공급사로 선정
동원시스템즈, 동원그룹의 주요 계열사 중 하나로 유명한 참치캔 제조업체입니다. 이 회사는 이차전지 부문의 책임자인 조점근 대표이사의 지도 아래 원통형 배터리 캔 생산을 확대하기 위해 새로운 공장을 증설했습니다. 동원시스템즈가 생산하는 이 원통형 배터리 캔은 LG에너지솔루션을 위해 공급될 예정입니다.
동원시스템즈는 충남 아산시에 위치한 동원시스템즈 아산사업장에서 이차전지용 원통형 배터리 캔 생산을 위한 신공장의 착공식을 개최했습니다. 이 특별한 날에는 동원그룹 부회장인 박인구씨와 동원시스템즈의 이차전지 부문 대표인 조점근씨를 비롯한 많은 임직원들이 참석했습니다.
동원시스템즈는 아산사업장 내 연면적 5062평 부지에 대규모 투자를 진행하여 2만1700 규격과 4680 규격의 원통형 배터리 캔을 생산할 수 있는 새로운 설비를 도입합니다. 이 투자로 인해 동원시스템즈는 신공장이 완공되면 연간 약 5억 개 이상의 원통형 배터리 캔을 생산할 수 있는 능력을 보유하게 됩니다. 이에 따라 동원시스템즈는 더욱 확장된 생산능력으로 시장에 더 많은 배터리 캔을 공급할 것으로 예상됩니다.
동원시스템즈 관계자는 최근에 차별화된 기술을 적용한 4680 규격 원통형 배터리 캔을 개발하였으며, 이 제품이 전기자동차 분야의 선두 기업 중 하나인 테슬라의 주도하는 시장에서 사용되고 있는 것으로 확인되었다고 밝혔습니다. 동원시스템즈는 이러한 배터리 캔을 생산하는 LG에너지솔루션의 공급사로 선정되었습니다. 이에 대해 동원시스템즈 관계자는 앞으로 이 제품을 주력 제품으로 육성하기 위해 총력을 기울일 것이라고 덧붙였습니다.
지난 6월, LG에너지솔루션은 약 5800억원을 투자하여 테슬라에 공급될 '4680 원통형 배터리' 라인을 새로 신설하였으며, 내년 하반기에는 이를 업계 최초로 양산할 예정이라고 발표하였습니다. 동시에, 삼성SDI도 대형 원통형 배터리(지름 46mm) 시장에 진입할 것으로 예상되고 있습니다.
동원시스템즈는 올해 1월에 21700 규격 원통형 배터리 캔의 내식성을 향상시키는 기술을 세계 최초로 개발하였습니다. 이로써 완제품 생산에 성공하고, 국내 이차전지 제조 업체로부터 제품 승인을 획득하여 지난 3월부터 공급하고 있습니다.
또한, 향후 이차전지 배터리 캔의 수요가 크게 증가할 것으로 예상되어, 동원시스템즈는 추가 생산 라인을 설치하여 이에 대응할 계획입니다. 이를 통해 이차전지용 배터리 캔 제조 사업 규모를 계속해서 확대할 예정입니다.
최근 블룸버그에서 발표한 보고서에 따르면, 2030년까지 원통형 배터리의 세계 시장 수요는 150억 셀을 넘을 것으로 예상됩니다. 이는 테슬라가 전기차의 주력 배터리로 원통형 배터리를 선택한 데 큰 영향을 받았습니다. 이러한 결정으로 인해 리비안, 루시드 모터스 등의 전기차 스타트업과 볼보, BMW, 재규어, 랜드로버 등의 글로벌 완성차 업체도 원통형 배터리의 채택을 확대하고 있습니다.
동원시스템즈의 이차전지소재연구소 송의환 원장은 원통형 배터리의 수요가 증가함에 따라 공장 및 생산 설비를 확장하고 국내외 고객사를 확보할 계획이라고 밝혔습니다. 더불어, 21700 및 4680 규격 배터리 캔에 대한 차별화된 기술을 개발하여 시장을 선도할 것이라고 덧붙였습니다.
동원시스템즈는 2020년에 이차전지용 알루미늄 양극박 생산 라인을 증설한 후, 지난해 4월 국내 주요 배터리 업체인 삼성SDI와 LG에너지솔루션 등에 이차전지용 캔을 공급하는 엠케이씨(MKC)를 인수했습니다. 이로써 동원시스템즈는 이차전지를 중심으로 한 글로벌 이차전지 소재부품 전문기업으로의 도약을 시작했습니다.
테슬라에 원통형 동원참치 캔 기술이… 동원시스템즈, 모델3 50만대 규모 ‘배터리 캔’ 공장 증설
배터리 캔 연간 5억 개 생산 체제 구축
테슬라 모델3 13만~50만대 규모
테슬라 주력 2170·4680 규격 배터리 캔 생산
LG에너지솔루션 증설 발표 이후 동원그룹 신공장 착공
‘동원시스템즈→LG에너지솔루션→테슬라’ 공급망 유력
수주 물량 확정 후 이뤄지는 설비 증설
동원그룹은 국내 대표 참치업체로 잘 알려져 있지만, 최근에는 전기차 배터리 소재 및 부품 사업에서도 주목받고 있습니다. 특히, 테슬라와 같은 전기차에 사용되는 배터리 캔의 생산을 확대하고자 합니다.
동원그룹은 동원시스템즈가 원통형 배터리 캔 생산을 확대하기 위해 신공장을 증설한다고 발표했습니다. 이러한 증설은 주요 고객인 배터리업체와 전기차 브랜드로부터 높은 관심을 받고 있습니다. 특히, LG에너지솔루션은 지난달 13일에 원통형 배터리 생산을 늘리기 위해 오창공장에 대규모 투자를 결정한 바 있습니다. 이와 관련하여 업계에서는 동원시스템즈가 생산한 배터리 캔을 LG에너지솔루션이 가공하여 테슬라에 공급할 가능성이 높게 평가되고 있습니다.
동원그룹은 동원시스템즈의 공장 증설에 많은 관심을 기울이고 있습니다. 이를 상징하는 행사로 충남 아산시의 동원시스템즈 아산사업장에서 원통형 배터리 캔 신공장 착공식이 열렸습니다. 이 행사에는 동원그룹의 박인구 부회장을 비롯한 주요 관계자들이 참석하여 새로운 공장 건설을 축하했습니다.
동원시스템즈는 아산사업장에 약 585억 원을 투자하여 2170 규격과 4680 규격의 원통형 배터리 캔을 생산하는 새로운 신공장을 건설합니다. 지금까지 회사는 연간 1억5000만 개 규모의 2170 원통형 배터리 캔을 생산하여 공급해 왔습니다. 이번에 완공되는 신공장으로 연간 5억 개 이상의 원통형 배터리 캔을 생산할 수 있게 됩니다. 테슬라 모델3 한 대에는 2170 원통형 배터리 캔이 3750개 필요하며, 크기가 큰 4680 원통형 배터리 캔은 1000개가 필요합니다.
동원시스템즈의 신공장 완공 후에는 테슬라 전기차 13만 대부터 50만 대까지의 배터리 캔을 공급할 수 있게 될 것입니다. LG에너지솔루션은 지난달 4680 배터리 양산 설비를 연간 9GWh 규모로 구축하고, 2170 배터리 라인은 4GWh 규모로 증설할 예정입니다. 이를 합산하면 주행거리 500km 이상의 전기차 약 18만 대를 생산할 수 있는 규모입니다. 이에 따라 동원시스템즈가 구축하는 배터리 캔 신공장의 생산 능력과 규모가 맞아 떨어진다는 분석이 나옵니다. 이를 토대로 테슬라 전기차에 동원시스템즈가 제조한 배터리 캔이 적용될 것으로 예상됩니다.
동원시스템즈는 동원참치 캔 개발 및 생산 경험을 토대로 차별화된 기술을 적용한 4680 규격 원통형 배터리 캔을 개발하고 국내 배터리 제조사 공급업체로 선정되었다고 합니다. 테슬라의 차세대 주력 배터리로 간주되는 4680 원통형 배터리에 대응하기 위해 동원시스템즈는 향후 이를 주력 제품으로 육성할 계획입니다. 또한, 삼성SDI도 4680 규격 원통형 배터리 시장에 진출할 것으로 예상됩니다. 이러한 원통형 배터리의 채택은 테슬라 외에도 BMW, 볼보, 재규어 랜드로버, 리비안, 루시드 모터스 등 다양한 전기차 제조사들이 이를 선택하고 있습니다.
동원시스템즈는 지난 1월에 2170 규격 배터리 캔의 내식성을 향상시키는 기술을 세계 최초로 개발하여 완제품 생산에 성공했습니다. 이후 배터리업체로부터 제품 승인을 받아 지난 3월부터 공급에 착수했습니다.
동원시스템즈의 송의환 원장은 "원통형 배터리 수요 증가에 맞춰 공장과 생산 설비를 확장하여 국내외 고객을 확보할 것"이라며 "차별화된 기술을 개발하고 배터리 캔 사업을 확장할 계획"이라고 밝혔습니다.
한편, 동원시스템즈는 지난 2020년에 배터리 알루미늄 양극판 생산 라인을 확대한 후, 작년 4월에는 국내 주요 배터리업체인 삼성SDI와 LG에너지솔루션 등에 배터리 캔을 공급해온 엠케이씨(MKC)를 인수했습니다. 이러한 노력을 통해 국내 최대 포장재 회사에서 글로벌 배터리 소재 및 부품 전문 업체로의 도약을 추구하고 있습니다.
TCC스틸, 35년 만의 대규모 투자 …니켈도금강판 신규라인 준공
28일 준공식 개최 …손봉락 회장, 이강덕 포항시장 등 참석
1,105억 들여 연산 20만톤 생산 목표 …급증하는 수요 대응
'공정 간 이송 자동화'구축… TCC스틸 최초 스마트 팩토리
TCC스틸의 35년 만의 대규모 증설 프로젝트인 니켈도금강판 신규 라인이 준공됐다.
TCC스틸은 오늘 오전 11시에 포항 본사공장에서 손봉락 TCC스틸 회장, 손기영 TCC스틸 사장, 조석희 TCC스틸 부회장을 비롯한 100여 명의 관계자들이 참석한 가운데 준공식을 개최했습니다. 이 간담회에는 이강덕 포항시장, 백인규 포항시의회 의장, 한국철강협회의 변영만 부회장, 포스코의 이시우 대표이사와 김영중 마케팅 본부장, 그리고 본지의 배장호 사장도 참석했습니다.
TCC스틸의 손봉락 회장은 기념사에서 "오늘은 TCC스틸이 새로운 시대로 나아가는 중요한 순간입니다"라며 "1959년 서울 영등포구 사무실을 개소하고 이제까지 회사를 성장시키는 데 많은 노력을 기울였습니다. 이는 계속된 도전의 연속이었습니다. 현재 우리는 1975년 포스코의 고(故) 박태준 명예회장의 소개로 확보한 3만 평의 사업부지를 50년 만에 모두 채웠으며, 우리 고유의 기술로 미국 오하이오주에서 주석 도금 강판을 제조하고 있으며, 2억 달러 이상을 수출하고 있는 회사로 성장했습니다"라고 말했습니다. 그는 또한 "TCC스틸이 한층 더 발전하는 이 순간에 함께해 주셔서 감사드리며, 수요에 안정적으로 부품을 공급할 수 있도록 최선을 다하겠습니다"라고 강조했습니다.
추가로, 이강덕 포항시장은 "작년 힌남노 수해로 어려움에 처했음에도 불구하고 TCC스틸이 공장을 확장한 것은 의미 있는 일이며, 세계적인 기업으로 성장할 수 있도록 건승을 기원한다"고 전했습니다.
이어서 이시우 포스코 대표이사는 "신규 공장 건설은 결코 쉬운 일이 아니지만, TCC스틸의 노하우로 성공적으로 준공된 것을 축하한다. TCC스틸은 1959년 국내 최초로 주석도금강판을 생산해왔으며, 우수한 기술력으로 국내 주석도금강판 산업을 선도해온 기업이다. 앞으로도 글로벌 시장에서 선두를 달리며 발전할 것으로 기대한다. 포스코와 TCC스틸은 지난 50년간 기술 협력을 바탕으로 많은 일을 이루었다. 앞으로도 서로 협력하여 발전해 나갈 수 있기를 기원한다"고 말했습니다.
김설 삼성SDI 상무는 "니켈도금강판은 원통형 배터리에서 리튬배터리의 '리튬'격으로 핵심적인 소재로서 중요하다"며 "TCC스틸의 니켈도금강판 신규 라인 증설은 배터리 제조업체들에게 큰 원동력과 도움이 될 것"이라고 설명했습니다.
TCC스틸의 새로운 공장은 축구장 2개 크기에 달하는 약 5,000평의 부지에 건설되었습니다. 총 투자비는 1,105억원으로, 공사는 2022년 5월 18일에 시작되어 2023년 8월 23일에 준공되었습니다.
이번 새로운 공장은 TCC스틸의 최초 스마트 팩토리로, 원소재 입고부터 최종 제품 출고까지의 모든 단계가 혁신적으로 관리된다. 라인 증설을 통해 회사의 2차 전지 케이스용 니켈도금강판 생산 능력이 기존 연간 8만톤에서 20만톤으로 확대되었다. 이로써 향후 증가하는 수요에 대응할 준비가 갖춰졌다.
TCC스틸의 새로운 공장은 뛰어난 기술과 최신 설비 기술이 조화를 이룬 혁신적인 시설입니다. 원소재가 포항 본사로 도착하면 차량 등록 정보를 기반으로 창고로 안내되며, 그 후에는 자동 크레인과 트랜스퍼 카를 활용하여 창고 입고, 공정 투입 및 이송이 모두 자동화됩니다. 또한 각 원소재 및 반제품 창고는 자동 선입선출이 가능하도록 관리되어 안전한 작업 환경을 조성합니다.
TCC스틸 관계자는 "이 신설 공장은 우리만의 오랜 기술과 최신 설비 기술이 결합된 혁신적인 공장입니다"라며 "자동화 공정, 라인별 실시간 표면 검사 시스템 및 다양한 자동 측정 장비를 도입하여 품질 제일주의를 실천하고 고객사에 불량품이 출하되지 않도록 할 것입니다"고 언급했습니다.
'주식 칼럼' 카테고리의 다른 글
폐배터리 리사이클링 정리 (엔지니어TV) (1) | 2024.03.24 |
---|---|
빅뱅 폭발을 실현할 K배터리의 2가지 큰 흐름을 놓치지 마라! (선대인 TV 2차전지 정리) (1) | 2024.03.21 |
6가지 유형으로 나누는 반도체 기업 핵심정리 (AI, 칩리스, 팹리스, 파운드리, 후공정) (0) | 2024.03.12 |
2024 인터배터리(INTERBATTERY) 및 관련주 수혜주 총정리 (0) | 2024.03.04 |
원통형 배터리 정리 (1) | 2024.02.24 |