[동화 용어사전] 전해액 편 - 습식 vs 건식 공정의 차이는?

동화일렉트로라이트가 최근 산업통상부가 주관하는 '탄소 저감을 위한 건식 기반 음극 전극 소재 기술 개발' 국책과제의 주관 기관으로 선정됐습니다! (관련 기사 바로가기) 차세대 배터리 제조 기술의 핵심으로 꼽히는 기술의 연구를 동화가 선도하는 것인데요. 과연 이 '건식 공정'이 무엇이기에 배터리 시장이 이토록 주목하는 것일까요?

배터리 전극을 만드는 두 가지 공정

배터리에는 에너지를 저장하고 내보내는 음극과 양극이라는 두 개의 전극이 있습니다. 이 전극을 만드는 공정은 크게 두 가지 방식으로 나뉩니다.

[습식 공정] 현재 배터리 제조에 주로 사용되는 일반적인 방식입니다. 활물질, 도전재, 바인더를 액체 형태의 '용매'와 섞어 걸쭉한 슬러리로 만든 뒤 전극에 코팅합니다. 잘 펴 발라진다는 장점이 있지만, 코팅 후 거대한 오븐에서 용매를 바짝 말려야 하므로 이 과정에서 막대한 탄소 배출과 에너지 소비가 발생합니다.

[건식 공정] 반면 건식 공정은 액채 형태의 용매를 사용하지 않는 차세대 방식입니다. 활물질, 도전재, 바인더를 고체 파우더 형태로 혼합해 그대로 뭉쳐서 전극에 코팅합니다. 용매를 건조시키는 단계가 없기 때문에 탄소 배출과 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다.

한계를 넘어, 더 두껍고 단단하게

건식 공정이 차세대 기술로 주목받는 이유는 바로 배터리의 성능(에너지 밀도)을 결정하기 때문입니다. 전극을 두껍게 만들수록 에너지를 저장하는 활물질의 비율이 높아지기 때문에, 에너지 밀도를 높이기 위해서는 전극을 두껍게 설계해야 하는데요. 이를 '후막' 설계라고 합니다. 그러나 기존의 습식 공정은 용매를 건조하는 과정에서 층이 분리되는 등 물리적 한계가 존재해 전극 두께를 늘리기가 어려웠습니다. 결국 배터리의 용량을 극대화할 수 있는 후막을 안정적으로 구현하기 위해서는 건조 과정이 아예 없는 건식 공정으로의 전환이 필수적인 셈이죠.

건식 공정의 완성, 동화의 전해액 기술력으로

건식 공정으로 배터리를 만들기 위해서는 전극뿐만 아니라 배터리 내부를 채우는 전해액의 성분과 설계도 완전히 달라져야 합니다. 액체 용매 없이 고체 파우더를 뭉쳐 만든 건식 전극은 기존 습식 전극보다 내부 기공 구조가 다르고 전해액이 스며들기 까다롭기 때문입니다.

이를 위해 동화일렉트로라이트는 이번 국책과제에서 건식 공정에 최적화된 저점도 용매 기반 전해액 설계 기술과 건식 음극용 전해액 첨가제 개발, 그리고 실리콘-탄소 전해액 첨가제 개발을 중점적으로 수행할 방침입니다. 공정의 패러다임이 바뀌는 변화의 길목에서, 동화일렉트로라이트는 독보적인 전해액 기술력으로 차세대 배터리의 기준을 만들어갈 예정입니다.