배터리 제조 및 재활용 과정에서 용매를 쓰지 않는 ‘건식’ 공정이 주목받고 있다. 건식 공정은 생산 단가를 낮추고 환경오염을 줄일 수 있어 차기 업계 표준으로 자리 잡을 전망이다.
6일 업계에 따르면 테슬라는 올해 4분기 중 건식 공정으로 만들어진 양극재가 들어간 4680(지름 46㎜·높이 80㎜) 원통형 배터리 양산을 시작할 계획이다. 지난달에는 건식 공정으로 만든 4680 배터리 시제품을 탑재한 사이버트럭 차량 테스트를 시작하기도 했다.
테슬라는 지난 2020년 최초로 4680 규격을 발표하면서 향후 건식 공정을 적용해 제조 비용을 절감하겠다고 예고한 바 있다. 이를 위해 지난 2019년 건식 코팅 스타트업인 맥스웰 테크놀로지를 인수해 관련 연구를 이어왔다.
건식 공정은 배터리 제조의 첫 단계인 전극 공정에 적용되는 공법으로 현재 널리 사용되는 습식 공정과 대비되는 방식이다. 습식 공정은 전극을 구성하는 양·음극 활물질, 도전재, 바인더 등을 NMP(노말메틸피롤리돈)라는 용매와 혼합한다. 이렇게 만들어진 슬러리를 양극박(알루미늄박), 음극박(동박)에 넓게 펴 바른 뒤 200도 이상의 온도로 가열해 건조한다.
이에 비해 건식 공정은 별도의 건조 과정 없이 각종 재료를 고체 가루 형태로 만들어 양·음극박에 바로 코팅한다. 습식 공정에 비해 에너지 비용을 약 30% 절감할 수 있고, 건조에 필요한 면적도 작다. 또 습식 공정에 사용되는 용매는 유해 물질로 분류돼 별도의 회수 장치를 갖춰야 하는데, 건식 공정은 관련 장비가 필요 없다는 장점도 있다.
건식 공정은 이론상 비용 절감 효과가 크지만, 전극 내 각종 입자를 동일한 비중으로 분산해 코팅하기가 어려워 그간 상용화가 되지 못했다. 그러나 테슬라가 본격 도입을 예고하면서 향후 업계의 표준 생산 방식으로 자리 잡게 될 전망이다.
국내 배터리 업체들도 건식 공정 도입을 추진 중이다. 현재는 LG에너지솔루션(373220)이 가장 앞섰다는 평가다. 김제영 LG에너지솔루션 CTO(최고기술책임자)는 최근 “현재 건식 전극 기술의 연구 단계를 넘어 파일럿 공정 개발을 진행 중”이라며 “빠르면 2028년에 이 공정을 도입한 제품을 본격 양산할 계획”이라고 밝혔다.
배터리 재활용 분야에서도 건식 공정에 관해 관심이 크다. 현재 성일하이텍(365340) 등 대부분의 배터리 재활용 업체들은 배터리를 파쇄해 나온 블랙파우더를 황산 등 용매에 녹여 유가금속을 추출하는 습식 공정을 사용한다. 습식 공정은 효율이 높지만, 오염수가 다량 발생한다는 단점이 있다.
건식 공정은 고온의 열을 가해 블랙파우더를 녹인 뒤 각 금속의 고유 성질(무게, 자력, 특정 원소와의 화학적 결합 여부 등)을 이용해 유가금속을 추출한다. 습식 공정에 비해 대량의 배터리를 재활용하는 데 유리하다. 배터리를 고온 용융하는 과정에서 이산화탄소 배출은 늘어나지만, 탄소포집 등의 기술을 활용하면 해결할 수 있다.
영풍(000670)은 지난 2022년 폐배터리를 신사업으로 낙점하고 세계 최초로 건식 제련 방식을 사용하는 폐배터리 재활용 파일럿(시험) 공장을 가동했다. 오는 2030년까지 연 생산량을 70만톤(t)까지 늘려 5조원 규모의 매출을 낸다는 계획이다. 포스코HY클린메탈 역시 개화하는 사용 후 배터리 시장에 발맞춰 대량의 배터리를 재활용할 수 있는 건식 공정을 개발하고 있다.