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삼성SDI 전고체 배터리. (사진=삼성SDI)

삼성SDI가 전고체 배터리 제조 기술에 변화를 모색해 주목된다. 전고체는 에너지 밀도를 높이면서 화재 위험성을 낮춘 차세대 배터리다. 국내 배터리 3사 중 삼성SDI가 상용화를 위해 가장 빠르게 움직이고 있다.

8일 업계에 따르면 삼성SDI는 전고체 배터리 제조의 필수인 초고압 공정 무게추를 '온간정수압장비(WIP)'에서 '롤프레스'로 옮기고 있다. 롤프레스 기술 고도화를 위해 복수 협력사와 장비를 개발 중인 것으로 파악됐다. 일부 설비는 이미 구매주문(PO)을 내기도 했다.

전고체 배터리는 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체한 배터리다. 전극과 전해질이 모두 고체 상태로, 저항이 높아 이온전도도가 떨어진다. 이런 문제를 극복하기 위해서는 계면저항을 줄이고 이온전도도를 향상시키는 초고압 압착공정이 필수다.

고압을 가하는 장비가 바로 WIP와 롤프레스다. WIP는 밀폐된 압력용기 안에 물이나 기름을 채워넣고 압력을 가하는 방식이며, 롤 프레스는 회전하는 롤 사이로 전극을 흘려보내면서 압력을 더한다.

전고체 배터리 구조. (이미지=삼성SDI)

삼성SDI는 그동안 WIP와 롤프레스 방식 두 가지로 전고체 배터리를 연구해왔다. 그러나 WIP는 양산성 문제가 대두된 것으로 알려졌다. 밀폐된 용기 안에 물이나 기름을 채워놓고 모든 방향에서 동일한 압력을 전달, 밀도를 높이는 방식이다보니 자동화가 어려워 생산성이 낮다는 것이다.

반면에 롤프레스는 다른 설비들과 연동하는 '인라인' 자동화가 가능해 더 나은 평가를 받고 있다. 이 사안에 밝은 복수의 업계 관계자는 “삼성SDI가 롤프레스 쪽으로 가닥을 잡은 모습”이라며 “소재가 깨지거나 부숴지기 쉽다는 롤프레스 기술 단점을 보완하기 위해 후속 공정 장비 개발과 투자를 강화하고 있다”고 전했다.

삼성SDI의 전고체 배터리 양산 목표 시점은 2027년으로, 국내 배터리 제조사 중 가장 빠르다. 때문에 삼성SDI가 최종 채택하는 기술이 전고체 배터리 제조 방향성을 결정하는 가늠자가 될 수 있다.

실제로 삼성SDI 뿐만 아니라 LG에너지솔루션, SK온 등도 WIP와 롤프레스 기술을 활용해 전고체 배터리를 개발 중이다.

LG에너지솔루션은 전고체 배터리 파일럿 라인에 WIP 장비를 도입했다. 전고체 배터리 자체 개발과 미국 솔리드파워 협력을 병행하고 있는 SK온은 WIP와 롤프레스 방식을 함께 연구개발 중이다. 최근 전고체 배터리 파일럿 라인을 구축한 현대자동차는 WIP로 초고압공정을 구현했다.

국내 장비사들도 두 가지 방식 설비를 개발하고 있다. WIP 분야에서는 하나기술, 일신오토클레이브, 에너진 등이 기술력을 보유하고 있다. 피엔티, 엠플러스, 한화모멘텀은 롤프레스 방식 고압 장비를 개발하고 있다.

삼성SDI의 선택에 관심이 쏠리는 이유며, 향후 본격화될 양산 투자에서 어떤 기술이 승기를 쥐게 될지 향배가 주목된다.

이호길 기자 eagles@etnews.com, 정현정 기자 iam@etnews.com

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