2차전지 7가지 혁신 기술 (조재필 교수 선대인TV)

2차전지 7가지 혁신 기술 관련 핵심 요약정리

 

1. 무전구체(NI금속 분말) NI97 단결정 양산기술(성능향상, 가공비 절감)

 

✔ 니켈 100% 분말에 리튬 전구체를 첨가하여 열처리하고, 극소량의 코발트, 망간, 알루미늄을 균일하게 혼합  

✔ 금속 분말은 단결정을 가장 빠르게 형성하는 방법 중 하나입니다.  

✔ 니켈 함량 90% 이상만 무전구체가 가능하며 성능향상, 가공비 절감. 전구체 탈 중국으로 IRA대응에 IRA 유리​

 

2. 실리콘 함량 20% 이상 셀 적용기술 (에너지 밀도 15% 이상 증가, 고온방지, 장기수명, 가스발생 해결)

 

✔ 20% 함량 구현시 에너지 밀도 15% 증가. 단 고온방지, 장수명, 가스발생문제를 해결해야 하는데 2차전지 3사도 미해결  

✔ 5%가 일반적 수준이지만 향후 몇 년 후에는 7~8% 정도의 기술력에 도달할 것입니다.   

✔ 5~10%는 큰 문제가 없으나 20%부터 스웰링이 56% 증가하여 폭발 위험이 생깁니다.  

✔ 5% 정도도 내압프레셔가 상당해 단단한 껍질이 있는 원통, 각형만 실리콘 채용 가능합니다.​

 

3. 난연성 전해액 기술 (기존 전해액 대비 동등 성능 구현 필요)​

 

✔ 난연성 전해액을 2차전지에 넣으면 불 안 나는 것 외에는 단점이 많습니다. 특히, 성능이 떨어집니다.​

 

4. 저가형 전고체전지 양산제조 기술

(리튬이온 대비 동등 가격, 상온성능 구현, 에너지밀도 향상, 제조공정 단순)​

 

✔ 리튬 2차전지와 동등 가격이 나와야 하는데 현 가격은 최소 2배 이상 비쌉니다.  

✔ 황화물계는 제조공정이 복잡해 제조공정 단순화 필요합니다.  

✔ 중국의 반고체, 전고체 등 폴리머를 넣는 기술은 성능이 떨어집니다.  

✔ 전고체 구현 시 분리막이 필요 없고 액체 전해액 조성에 필요한 용매, 첨가제, 리튬 모두 사라집니다.​

 

5. 고에너지 / 고안전성 밀도 4695셀 양산화​

 

✔ 4680 대비 1.5cm의 높이만 커지고 더 높은 에너지밀도의 배터리가 구현되어 전기차 무게감소, 주행거리 증가, 타이어 마모 감소합니다.  

✔ 4680도 어떤 소재를 넣느냐가 중요. LG엔솔은 아직 4695 생산에는 힘들 것으로 보입니다.  

✔ 원통형은 전다동화로 수율을 빠르게 올릴 수 있어 타 폼팩터 대비 수율측면에서 절대적 유리합니다.

 

6. 다결정 양극재용 100% 균일 코팅 양산기술​

 

✔ 다결정 방식은 입자마다 코팅을 해야 하며 습식법 사용. 공정비 하락을 위해 건식법으로 100% 균일 코팅 필요합니다.  

✔ 현 건식코팅은 분말이 중심까지 들어가지 못해 균일 코팅이 되지 않아 성능감소. 혁신적 제조공법 필요합니다.  

✔ 다결정에 건식코팅을 하는 방향보다는 하나의 입자로 구성된 단결정이 금속 산화물을 표면에 믹싱해 넣어 다결정 대비 균일하게 코팅됩니다.  

✔ 실질적으로 단결정으로 가는 것이 쉬운 기술적 접근입니다.​

 

7. 양극 건식 믹싱/코팅 양산화 기술 (도전재 및 바인더 함량 현재 습식과 동일함량)​

 

✔ 바인더를 때려 넣으면 다 할 수 있지만 성능이 떨어져 3% 정도 함량으로 구현이 필요합니다.  

✔ 해당기술 적용 시 양극판의 두께가 두꺼워져 에너지 밀도가 상당히 향상됩니다.

 

 

 

 

 

2차전지 7대 혁신기술 알면 투자의 방향이 보인다!

 

#2차전지 #선대인TV  #조재필교수

 

2차 전지에서 가장 핵심적인 것은 전류와 전압입니다. 이 둘 없이는 실제로 2차 전지가 작동하지 않을 뿐만 아니라, 우리 주변의 모든 전자 부품들도 작동하지 않습니다. 왜냐하면 전류와 전압이 그들을 작동시키는 핵심적인 요소이기 때문입니다.

  

 

그래서 전류에 대한 정의는 명확합니다. 1초 동안 흐르는 전자의 수를 의미합니다. 이를 1암페어라고 하며, 이것은 1쿨롱 전기량이 흐른다고 합니다. 이때 전자의 수는 상당히 많습니다. 예를 들어, 6.24 × 10의 18승 개의 전자가 이동합니다.  

 

또한, 전압은 두 도체 또는 두 점 사이에 위치한 정적 에너지입니다. 이는 2차 전지에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 예를 들어, 우리가 수문을 열면 물이 밑으로 흐르는 것처럼, 전압은 두 지점 간의 전위 차이를 나타냅니다. 예를 들어, 수문이 4.2V에 있고 바닥이 0V에 있다면, 전위 차이는 4.2V입니다. 이러한 전압은 2차 전지에서 핵심적인 요소 중 하나입니다.

 

Y축이 전압이고 X축이 용량인 그래프를 보시면 됩니다.

 

 

전압이 증가하고 용량이 증가하면 면적도 증가하므로 에너지 역시 증가하게 됩니다. 이는 주행거리를 늘리는 데 도움이 됩니다.

 

그러나 2차 전지에서 특히 양극 소자는 전압이 증가하면 용량이 감소하는 문제가 있습니다. 따라서 전기 자동차용으로 적합한 양극 소자는 니켈계입니다. 니켈계 양극 소자는 전압도 높고 용량도 크기 때문에 전기 자동차에 적합한 것입니다.

 

에너지 밀도는 두 가지로 구분될 수 있는데, 그중에서도 가장 오른쪽에는 머티어리스, 엘렉트로드, 그리고 배터리가 있습니다.

 

 

 

 

 

따라서 우리는 양극 소재를 제작하여 극판을 구성합니다. 이를 위해 알루미늄 포일에 슬러리를 도프하고 압력을 가해 엘렉트로를 형성합니다. 이 과정을 통해 배터리가 조립됩니다. 그리고 극판에서도 에너지 밀도를 계산할 수 있으며, 이를 극판 에너지 밀도라고 합니다.

 

예를 들어, 1cm x 1cm x 1cm 크기의 정육각체를 생각해 보겠습니다. 이를 1cc라고 표시합니다. 여기에 양극 활물질을 2.4g 넣을 수 있고, 이 활물질이 구현되는 용량은 150mAh입니다. 이 물질은 특정한 전압 범위에서 동작합니다. 이것을 평균 전압 범위로 나타냅니다. 이것은 모든 충전 및 방전 시 발생하는 전압 범위의 평균입니다. 이 값을 곱하면 극판 에너지 밀도가 나옵니다. 예를 들어, 2.4g, 153.4g이면 1,188Wh가 됩니다.

 

따라서 우리는 풀셀에서도 에너지 밀도를 계산할 수 있지만, 풀셀을 구성하지 않으면 계산할 수 없습니다. 그러나 실험실이나 연구소에서 단순히 엘렉트로드를 만들 때도, 어떤 대각적인 풀셀에서 구현되는 에너지 밀도를 예측할 수 있습니다.

 

극판 단계에서 에너지 밀도를 계산할 수 있다는 사실은 저도 처음 알았습니다. 이것은 상당히 중요합니다. 특히 양극 소재 업체는 주로 에너지 밀도와 극판 에너지 밀도를 가장 중요하게 고려합니다.

 

예를 들어, 어떤 양극 소재를 사용하여 극판을 만들 때, 이 정도의 에너지 밀도가 예상될 것이라는 것을 예측할 수 있다는 말이 맞으시겠죠?

 

네, 정확합니다.

 

그러면 배터리를 만들기 전에 극판의 에너지 밀도를 모두 계산해 보는 것입니까?

 

네, 모든 것을 다 계산합니다. 실제로요. 양극에서만 에너지 밀도가 구현되었을 때, 전체 셀 설계 시 셀 내부에서 구현되는 에너지 밀도를 쉽게 얻을 수 있습니다.

 

그래서 이것은 다소 복잡하지만, 이를 충방전 그래프라고 합니다.

 

 

위에 빨간색 부분은 우리가 하프셀이라고 부르는 부분인데, 하프셀의 오른쪽에 보시면 일반적으로 리튬 하프셀을 사용하여 양극과 음극의 개별 용량을 구합니다. 그리고 거기서 양극 전위는 리튬 하프셀로부터, 음극 전위는 그라파이트 천연 흑연으로부터 얻습니다.

 

따라서 빨간색 부분은 예를 들어 NCM 계통이고, 파란색은 그라파이트 천연 흑연입니다. 이것은 볼테이지 프로파일입니다. 양극이 충전될 때 음극은 반대로 방전되는 형태입니다. 따라서 실제 풀셀에서는 검은색 형태의 그래프가 나타납니다.

 

풀셀 전위는 양극 전위에서 음극 전위를 뺀 값입니다. 그래서 우리가 볼테이지를 증가시키려면, 음극 전위는 낮을수록 좋고, 양극 전위는 높을수록 좋습니다. 이렇게 함으로써 볼테이지가 크게 되어, 에너지 밀도가 더 커지게 됩니다.

 

현재까지 발견된 물질 중에서 가장 낮은 에너지 볼테이지를 가지는 것은 흑연입니다. 그래서 우리는 주로 흑연을 음극으로 사용했습니다. 실리콘을 사용하면 에너지 볼테이지가 훨씬 높아지기 때문에, 에너지 밀도가 감소할 수밖에 없습니다. 그래서 하프셀에서는 이러한 형태의 특정 셀 키트를 사용하여 우리는 양극과 음극의 용량을 구하고, 우리가 실제로 볼 수 있는 것은 검은색의 풀셀 그래프, 즉 충방전 그래프입니다. 그 후에는 간단합니다.

 

2차 전지 기술의 핵심은 무엇일까요?

 

 

 

 

 

이 기술은 전 세계의 배터리 및 소재 업체들이 주목하고 있는 중요한 기술입니다.

 

첫 번째로는 니켈 함량이 97% 이상이고 단결정을 양산하는 기술입니다. 이 기술은 현재 에스엠랩에서 개발 중이며, 우리는 올해 3분기와 4분기에 양산 검증을 시작할 계획입니다. 이 기술은 경쟁사들이 아직까지 따라잡지 못하고 있는 것입니다.

 

왜냐하면 니켈을 메탈로 분배하는 것과 산화물을 만드는 것은 아직까지 경쟁사들이 해내지 못하고 있는 어려운 과제입니다. 그래서 경쟁사들은 현재 메탈 산화물을 사용하여 습식법으로 단결정을 만들려는 개발을 진행 중입니다.

 

그렇다면 왜 기존의 유수한 양극재 업체들이 아직 이러한 기술을 개발하지 못했는지 궁금하십니까?

 

이것은 제가 보기에는 스타트업의 특징 같습니다. 미국의 경우를 예로 들면, 구글이나 스페이스 X와 같은 회사들이 혁신적인 스타트업이 맞지 않습니까? 그들은 파괴적인 기술이나 혁신적인 기술, 일명 디스트럭티브 테크놀로지를 사용하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 경우는 파급 효과가 매우 큰 기술이기 때문에 만약 개발된다면 실제로 산업 전반에 큰 영향을 미칠 것입니다.

 

그래서 이러한 기술을 대기업에서는 조직이 너무 비대해서 실제로 효과적으로 조직을 운영하기 어렵습니다. 하지만 저희 같은 스타트업은 매우 민첩하게 움직일 수 있습니다. 우리는 상당히 빠르게 기술을 개발할 수 있습니다. 그러므로 대기업이 수조 혹은 수천억 원을 투자하더라도 아직까지는 우리와 같은 스타트업이 개발을 앞서가고 있습니다.

 

그렇다면 SM랩이 어떻게 이러한 어려운 과제를 해결했는지 궁금하십니까?

 

우리는 다른 사람들이 이루지 못한 것을 이루어야만 경쟁에서 살아남을 수 있다고 생각합니다. 이것이 저희의 관점입니다.

 

니켈 함량이 97% 수준에서 전구체 없는 양극재를 어떻게 만드는지 궁금하신가요?

 

일단, 니켈 100% 분말에 우리가 리튬 전구체를 섞고 열처리하는 것입니다. 이 과정은 우리만의 노하우와 기술을 통해 이루어집니다. 예를 들어, 최근에 개발한 금양의 배터리가 4695NCMA로 만들어졌다고 가정해 봅시다. 이 경우 기본 베이스로 리튬이 들어가고, 거기에 니켈이 함유되는데, NCMA이므로 코발트, 망간, 알루미늄도 소량 함유됩니다. 이것들이 니켈 금속 분말에 섞여야 하는 것일까요?

 

실제로는, 이러한 재료들을 균일하게 섞어서 55m, 60m 정도 되는 전기로에서 굽는 것입니다. 그 후에 우리는 소성로에 들어갈 때, 니켈 분말 안에 코발트, 망간, 알루미늄과 같은 성분들을 균일하게 섞습니다. 그런 다음 우리는 도가니에 이것을 넣고 소성로에 넣는 것이죠.

 

그럼 니켈 함량이 90% 이상이면 가능한 것일까요?

 

니켈 함량을 90% 이상으로 높이는 기술을 개발 중인 전 세계의 모든 소재 회사들에 대한 이야기입니다.

 

그래서 모든 소재 회사들이 니켈 금속 분말을 사용하여 니켈 함량이 90% 이상인 단결정을 개발하고자 할 것입니다. 이러한 노력으로 성능이 향상되고 가공 비용이 절감됩니다. 양극 소재의 경우, 메탈 가격은 이미 정해져 있지만, 우리가 이익을 창출하는 부분은 가공 비용입니다. 이 비용이 기존의 다른 전구체들보다 많이 감소하므로 경쟁력이 확보됩니다.

 

앞으로 하이니켈 쪽으로 진행할수록 특히 니켈 함량이 90% 이상인 하이니켈 소재가 전구체 없는 양극재 및 배터리의 주요 트렌드가 될 수도 있습니다.

 

그렇습니다. 90% 이하의 경우, 무전구체나 니켈 금속 분말 자체로는 적용이 어려울 것입니다. 따라서 기술적으로 두 가지로 나눠질 것으로 예상됩니다. 앞으로의 기술 발전은 90% 이상의 단결정 무전구체로 향할 것이고, 그 아래 부분은 기존의 다른 전구체를 사용하여 가능한 두 가지 기술로 구분될 것입니다.

 

이러한 변화로 성능이 향상되고 가공 비용이 줄어들며, IRA 대응 측면에서도 중국의 원가 비율이 낮아지는 등 다양한 이점을 얻을 수 있습니다.

 

일반적으로 성능 향상은 단결정 구현도와 관련이 있습니다. 즉, 얼마나 빠르고 균일하게 단결정을 제조할 수 있는지입니다. 이를 위해 금속 분말을 사용하는 것이 가장 빠르고 반응성이 뛰어난 방법입니다.

 

두 번째 기술은 무엇인가요?

 

실리콘 함량이 20%입니다.

 

그렇군요. 실리콘 음극재에 관한 이야기죠?

 

맞습니다. 실리콘 음극재인데요. 이전에 설명한 것처럼 현재 기술로는 실리콘 함량이 5%가 주류이며, 향후 몇 년 안에도 실리콘 함량은 7%에서 8% 수준을 유지할 것으로 예상됩니다. 그것이 현재의 기술 수준이고, 만약 음극재에 그래파이트 80%, 실리콘 20%를 섞어서 셀 적용 기술이 개발된다면 기술적으로 큰 도약을 이룰 것입니다.

 

획기적인 거죠?

 

네, 정말 획기적입니다. 그러나 매우 어렵습니다. 이것은 에너지 밀도가 15% 이상 증가할 뿐만 아니라 고온에서의 안정성, 장기 수명, 가스 발생 등 성능적인 측면에서도 해결되어야 합니다. 현재 이 문제들은 여전히 해결되지 않았습니다. 이러한 조건들이 해결된다면 이 기술이 개발되면 혁명적인 변화가 일어날 것입니다. 그러나 상당히 어려운 과제입니다. 배터리 3사도 이에 도전 중이지만 아직까지는 성공하지 못했습니다.

 

어쨌든, 결론적으로 응급제의 실리콘 함량 비율을 높이는 방향으로 나아가는 추세입니다.

 

네, 맞습니다. 작년에 네이처 에너지에 제 논문을 발표했었는데요. 그 논문에서 왼쪽 그림은 실리콘 함량에 따른 음극판의 팽창 현상을 보여줍니다. 리튬 전지에 실리콘이 포함되면 실리콘이 팽창하면서 음극판도 팽창하게 됩니다.

 

 

 

 

 

여기서 x축은 실리콘 함량을, y축은 음극판의 팽창 정도를 나타냅니다. 10%부터 5%까지는 큰 문제가 없지만, 20%부터 56%까지 팽창이 증가합니다. 즉, 음극판이 팽창한다는 것은 전지가 팽창한다는 것이기 때문에 이것은 매우 위험한 상황입니다. 만약 폭발한다면 큰 문제가 발생할 수 있습니다.

 

또 다른 중요한 점은 오른쪽 그림에서 볼 수 있습니다. 실리콘 함량이 약 5%인 음극재를 사용한 리튬 2차전지의 경우에도 내부 압력이 상당히 증가하기 때문에, 5%를 넘어가는 전지는 현재 원통형 또는 각형밖에 없습니다. 왜냐하면 세포가 압력을 견딜 수 있기 때문입니다. 따라서 현재로서는 5%가 넘는 실리콘 함량은 기술적인 도전이 많이 존재하는 실정입니다.

 

또 다른 중요한 점은 현재 전해액에서 가장 큰 문제가 유기성 물질로, 이로 인해 불화가 빠르게 발생하고 케이스가 형성되어 전지의 화재가 발생할 수 있습니다. 그래서 난연성이 있는 전해액을 개발하는 것이 중요한데, 이러한 난연성 전해액 기술은 이미 30년 이상 된 상태입니다. 그러나 아직까지 이 기술을 2차 전지에 적용하지 못하고 있습니다.

 

왜냐하면 난연성 전해액을 리튬 2차전지에 사용하면 전지의 성능이 현저히 떨어집니다. 그저 불이 나지 않는 것이 유일한 장점입니다. 따라서 이러한 난연성 전해액이 기존 전해액과 동등한 성능을 보이게 된다면 이는 상당히 혁신적인 기술 발전으로 간주될 것입니다. 그러나 아직까지는 그러한 기술이 나오지 않았습니다.

 

또한, 4번째로는 저가형 고체 전지 양산 기술 개발이 있습니다. 이를 위해서는 선제적인 조건이 필요한데요, 현재는 리튬 2차 전지와 동등한 가격대로 제조되어야 합니다. 하지만 아직은 이러한 가격대를 달성하기에는 가격이 너무 높습니다. 현재 리튬 2차 전지의 제조 비용보다 두 배나 높습니다.

 

네, 최소 2배는 되어야 합니다. 그리고 동등 가격이라고 발표하면 실제로는 그게 맞는지 확인해야 합니다. 아마 중국에서는 가능할 수도 있겠지만, 실제로는 CATL과 같은 회사가 젤리 타입의 고체 전해질과 컨텍스트 배터리를 개발했다고 할 수 있지만, 전체적으로는 고체가 더 많은 의미를 가지므로 이를 달성하는 것은 어려울 것입니다.

 

또한, 제조 공정도 단순화되어야 하는데, 현재 황화물을 사용한 고체 전지는 제조 공정이 꽤 복잡합니다. 이를 달성하면 4번째 항목에서 혁신이 일어날 것입니다. 분리막이 필요 없어질 뿐만 아니라 액체 전해액에서 사용되는 용매, 첨가제, 리튬과 같은 것들이 모두 사라집니다. 그러나 양산 제조 기술이 언제 개발될지는 아무도 알 수 없습니다.

 

전구체 없는 양극재 배터리를 만드는 것이 더 빠른 것인지, 아니면 접근 가능한 가격대의 전구체 전지를 만드는 것이 더 빠른 것인지는 상황에 따라 다를 것입니다. 예를 들어, 현재 국내의 배터리 3사가 추구하는 황화물 전해질이 들어간 전고체 전지는 아직 기술적으로 멀었습니다. 이러한 소재 기술과 셀 양산화 기술은 실질적으로 파괴적인 기술이며, 제가 생각하기에는 시간이 더 걸릴 것입니다.

 

중국에서는 폴리머를 사용한 반고체나 전고체 기술을 개발하고 있지만, 성능이 아직 충분하지 않습니다. 이미 양산되어 전기차에 사용되고자 하는 시도도 있지만, 성능이 나오지 않을 것으로 예상됩니다. 이러한 이유로 황화물계 고체 분말을 전해질로 사용하는 것이 좋습니다.

 

그리고 고에너지, 고안전성, 에너지 밀도를 가지는 4695 셀 양산화 기술은 금양에서 가장 빠르게 나오고 있습니다. 현재 공정 수율도 상당히 빨리 잡히고 있어서 진행 상황이 좋다고 볼 수 있습니다. 그러나 이것이 사람이 많다거나 수조 투자가 많다는 것과는 상관이 없습니다. 오히려 한곳에 집중해서 진행하는 것이 효과적입니다. 이런 측면에서 저희나 금양이 맞다고 생각합니다.

 

하지만 왜 반드시 4695 셀이어야 하는지에 대해서는 더 고민해봐야 할 문제입니다.

 

지금 테슬라가 4680 셀을 양산하는지 여부는 잘 모르겠습니다. 몇백만 셀 단위로 생산한다는 것만으로는 큰 의미가 없습니다. 4680과 4695를 비교하면 높이가 단지 15mm, 즉 1.5cm만 차이가 나지만, 테슬라의 경우 4680의 셀 용량이 23.4 암페어이고, 금양은 34 암페어입니다. 그래서 높이가 1.5cm만 차이 나지만 실제로는 매우 큰 차이가 있습니다. 전기차의 바닥에 배치할 때 높이가 큰 제약이 없습니다. 1.5cm만큼의 높이 차이는 면적이 중요하며, 이는 배터리 무게와 주행 거리, 타이어 마모에도 큰 영향을 미칩니다.

 

그러므로 4680을 원통형으로 만들었다면 4695보다 더 좋은 배터리를 만들 수 있다는 것을 알 수 있습니다.

 

LG엔솔은 8월부터 양산을 선언했으며, 실제로 어떤 소재가 투입되고 어느 정도의 용량이 나오는지 관찰해야 할 것입니다. 하지만 4695를 뛰어넘기는 어려울 것입니다.

 

그렇군요. 기대됩니다.

 

네, 기도해도 좋을 정도입니다. 전반적으로 미팅을 진행하면서 많은 데이터를 분석하고 커뮤니케이션을 하고 있으니까요.

 

어떤 데이터를 보고 오셨는지 궁금합니다.

 

수율적인 측면에서 많은 것들을 말씀드릴 수는 없지만, 일단 올해 1월부터 지속적으로 34mAh를 유지하면서 수율을 향상시키는 작업을 진행 중이며, 거기에 준 양산팀이 상당한 진보를 이루고 있다고 알려져 있습니다.

 

일반적으로는 80%, 90%와 같이 백분율로 표현합니다.  

원통형 전지의 경우 일반적으로 90%가 최상으로 알려져 있지만 현재는 완전히 90%에 도달하지는 못했지만, 수율은 상당히 높아졌다는 것을 알고 있습니다.​

 

4695에서 가장 중요한 부분은 젤리롤과 극판의 제조 기술입니다. 이 기술은 이미 확립되어 있어서, 이후의 단계에서는 탭리스 등의 공정에 대한 시간을 놓고의 경쟁이 주로 진행될 것으로 예상됩니다. 공정이 안정화되면 더 빠르게 진행될 것으로 생각됩니다.​

 

류광지 회장님의 설명에 따르면 2170의 수율이 상당히 높아졌다고 합니다.​

 

2170은 현재 우리가 이미 1쿼터에 약 16톤을 납품했습니다. 한 셀당 25g의 양극소재가 들어가는데, 이를 계산하면 약 65만 셀을 만든 것입니다. 이에 따르면 90% 이상의 수율이 나왔다고 생각된다면, 상당량의 생산이 이미 진행되고 있다고 볼 수 있습니다.

 

그러면 2170의 수율이 90% 이상 나온다는 말씀이신가요?  

그럴 것으로 예상됩니다. 현재 타깃은 아마도 95% 정도로 알고 있습니다.

 

그렇게 들은 적이 있습니다. 2170의 수율 타깃이 95% 까지 올리는 것이 목표라는 말씀이었죠.​

 

원통형 전지를 선택하는 이유 중 하나는 수율적인 측면에서 큰 장점을 가지고 있습니다. 젤리롤이나 그와 관련된 기술이 한 번 확보되면, 뒷단에 있는 생산 라인에서는 상당히 용이해집니다. 자동화 기술 덕분에 수율 향상이 빠르게 이루어질 수 있습니다.​

 

2170에서는 이미 극판과 관련된 기술이 충분히 확립되어 있기 때문에, 4695는 단순히 젤리롤과 전지 캔에 대한 기술만 확보되면 됩니다. 젤리롤의 지름이 46mm이기 때문에 그것만 제대로 기술이 확보되면, 생산 속도를 크게 높일 수 있습니다.​

 

다음으로 6번은 무엇인가요?

 

6번은 "다결정 양극 소재용 100% 균열 코팅 양산기술"입니다.​

 

다결정은 이렇게 작은 포도송이처럼 뭉쳐져 있는 것이죠. 이것은 제가 21년도에 네이쳐에너지에 제출한 논문에서 설명한 내용입니다.

 

 

 

 

 

네, 정확히 말씀하셨습니다. 다결정은 작은 입자들이 모여 있는 형태를 가지고 있습니다. 현재 NCM 811 같은 경우는 80% 이상의 조성대가 습식 코팅을 하고 있습니다. 이것은 표면을 만드는 공정입니다. 1차 공정을 마치고 나면 물에서 세척을 한 다음에 2차 코팅 공정을 통해 표면 구조가 강화됩니다.

 

하지만 다결정은 작은 입자들이 모여 있는 형태이기 때문에 각각의 입자에 모두 코팅이 돼야 합니다. 습식법을 사용할 경우 공정 비용이 증가하게 됩니다. 그래서 건식법을 통해 100% 균일한 코팅이 개발된다면 혁신적인 기술이 될 것입니다. 하지만 아직은 그런 기술이 개발되지 않았습니다.

 

우리도 랩 단위에서는 습식법을 사용하여 구현이 가능하지만, 스케일업이 되면 건식법으로 전환하는 것은 쉽지 않습니다. 모든 입자에 하나의 코팅을 하는 것은 어려운 일이기 때문입니다.

 

인터배터리 때 sk온이 건식 코팅 기술을 개발하겠다고 이야기를 했었는데, 실제로 어떤 발전이 있을지는 아직 알 수 없습니다. 현재로서는 이러한 기술이 얼마나 실현 가능한지에 대한 논의가 진행 중입니다.

 

네, 그렇습니다. sk의 발표를 보면 다결정에 건식 코팅을 이용하여 아주 작은 메탈악사이드 분말을 넣고 믹싱을 하고 열처리를 하면서 코팅을 하는 것인데, 메탈악사이드가 녹으면서 안으로 들어가지 않는 문제가 있습니다. 그래서 중심까지 코팅이 되지 않고 모든 입자에 균일한 코팅이 되지 않기 때문에 성능면에서 많이 떨어지게 됩니다. 이러한 이유로 sk에서 발표한 그런 건식 코팅은 아직 이루어지지 않는 것 같습니다.

 

그래서 어떤 혁신적인 제조공법이 나와야만 그 기술이 이루어질 수 있고, 만약 그런 것이 가능하다면 이 역시 일대 변혁을 일으킬 것입니다.

 

그렇다면 제일 근접한 기술을 가진 업체는 어디일까요? 일단, 습식법에서 최고의 성과를 보이는 회사로는 LNF, 에코프로비엠, 포스코 퓨처엠 등이 있습니다. 그 이유는 거기서 이미 80% 이상의 조성을 양산하고 판매하고 있기 때문입니다. 하지만 건식 공정은 다른 문제가 있기 때문에 어렵습니다.

 

그래서 결국 단결정으로 향하게 되는 것입니다. 단결정은 금속 산화물을 표면에 그냥 믹싱 하여 넣으면 하나의 입자로 구성되기 때문에 코팅이 더 균일하게 이루어집니다.

 

그렇다면 단결정으로 가는 것이 어쩌면 더 기술적으로 접근하기 쉬운 방법일 수 있습니다. 다결정에 건식 코팅하는 것보다 처음부터 단결정 양극제로 만드는 것이 더 효율적일 것입니다.

 

맞습니다. 향후 기술 발전은 고에너지 밀도를 추구하는 전지 기술로 인해 실제로 단결정이 고객이 원하는 가장 이상적인 소재가 될 것으로 생각됩니다.

 

그리고 마지막으로, 양극 건식 믹싱 코팅 양산화 기술입니다. 이전에도 테슬라가 음극에 대해 이런 건식 믹싱을 사용했었죠. PTFE 바인더와 흑연을 블렌딩 하여 압출을 통해 만들었는데, 이는 굉장히 불균형한 결과를 가져왔습니다. 그래서 양극의 경우 어느 회사도 아직 양산화에 성공하지 못한 상황입니다.

 

 

 

 

LG엔솔은 이런 기술을 시도해 보겠다고 언급했지만, 실제로 도전제와 바인더를 많이 넣으면 어떤 제품이든 만들 수 있습니다. 테슬라가 기술을 받은 히타치는 대부분이 카본입니다. 따라서 바인더를 많이 넣어도 큰 성능 하락은 없습니다.

 

하지만 양극은 다른 이야기입니다. 양극은 97% 이상이 도전제입니다. 나머지 3%는 바인더입니다. 그래서 현재 도전제와 바인더를 합쳐서 3%로 만들어야 하는데, 이런 건식 믹싱 기술을 아직 시도한 곳이 없습니다. 이는 굉장히 도전적인 기술입니다.

 

그렇다면 이것은 상당히 어려운 일인가요? 배터리 업체들이 몇 년 전부터 계속 이런 방향으로 가겠다고 말하고 있었는데요.

 

인터배터리 때 김재형 CTO가 이에 대해 상당히 가까이 있다고 언급했습니다. LG엔솔은 아마 특별한 제조 공법을 가지고 있기 때문에 이를 공개한 것 같습니다. 하지만 실제 데이터는 없이 말만으로 이야기한 것이라, 이런 기술이 적용된 배터리가 나오면 양극판의 두께가 두꺼워져서 에너지 밀도가 상당히 높아질 수 있습니다. 하지만 아직까지 데이터가 없기 때문에 이게 가능한지 여부를 판단할 수 있는 근거는 없습니다.

 

테슬라는 많은 약속을 하지 않았나요? 3년 전에 테슬라가 완전히 과장을 한 셈이죠. 그렇죠.

 

맞습니다.

 

과장을 한 것은 맞지만 그 당시에는 테슬라가 금방 4680 배터리를 만들어서 실제로 배터리 업계를 뒤집을 것으로 예상되었습니다. 그때에는 일론 머스크가 나와서 얼마나 자신감 있게 말을 했는지 기억하시나요? 그렇죠. 건식, 믹싱, 코팅, 실리콘, 4680은 어느 정도 발전했을지언정, 그 이전 단계에는 아직까지 많은 것이 이루어지지 않았습니다.

 

그래서 그때 저는 기억이 나는 게 투자자들이 그걸로 인해 진짜로 당황스러웠어요. 일론 머스크가 배터리 데이에서 그렇게 프레젠테이션을 하고 나서 주가가 또 우스스 떨어진 거죠. 3년 반이 지났는데 아직도 제가 보기에는 진짜 박순혁 작가가 때때로 그런 표현을 쓰는데 아직 4680 측면에서는 금양보다 늦을 것 같아요.​

 

양산이 어쩌면 제대로 된 양산이 되는 것일까요? 양산과 관련된 일반적인 기준인 PPM이라는 것이 있는데요. 1분당 몇 개의 셀을 만드는지를 나타내는 지표죠. 금양 같은 경우가 타깃이150 PPM인데요. 즉, 1분당 150개의 셀을 만들어 세트로 만들어서 300 PPM을 올린다는 목표입니다. 그런데 테슬라는 그 목표를 전혀 밝히지 않고 주 단위로 200만 셀을 만든다고 하죠. 이게 얼마나 많은지 감이 안 잡히는 거죠.​

 

그것에 대해 알려줘야 됩니다. 이것이 누구에게서 개발되었는지는 알 수 없지만 밝혀져야 합니다. 그래서 전반적으로 보면 7가지 기술적인 과제와 배터리 관련 업체들이 이 방향으로 움직이고 있다고 보면 될 것 같아요.​