"얇고, 넓고, 길게"…'배터리 소재' 동박의 지상명령

SK넥실리스 정읍공장 가보니

▲SK넥실리스 정읍공장 전경 (사진제공=SKC)

빙글빙글 돌아가는 티타늄 드럼 아래서 머리카락 20분의 1 굵기의 동박이 뽑혀 나온다. 비단처럼 얇고 넓게 펴진 동박은 바로 옆 롤에 감긴다. 얇디얇은 동박이지만 70㎞ 길이로 롤을 감싸자 그 무게는 5톤(t)까지 늘어난다.

최근 찾은 SK넥실리스의 정읍공장 4공장에서는 수십 대의 티타늄 드럼이 동박을 생산하고 있었다.

올해 상업가동을 시작한 이 공장은 기존 공장들의 장점만을 따와 보다 효율적인 생산 체제를 갖췄다. 특히, 물류까지 자동화해 인건비를 줄었다. 동박 제품을 실은 노란색 무인 카트가 공장 내부를 이리저리 돌아다녔다.

▲SK넥실리스 김자선 동박생산팀장이 5공장 증설 현장을 설명하고 있다. (사진제공=SKC)

리튬이온 배터리 핵심소재 동박…얇을수록 효율↑

동박이란 구리를 얇게 만든 것이다. 리튬이온 배터리의 소재로 쓰이면서 수요가 늘고 있다.

동박은 리튬이온 배터리에서 음극 집전체 역할을 한다. 집전체란 흑연 등으로 이뤄진 활물질에 전기를 전달하며, 활물질은 배터리에서 전기를 일으키는 반응을 담당한다.

배터리의 효율성은 활물질에 달려있다. 같은 공간에 활물질이 최대한 많이 들어가야 배터리의 용량을 높일 수 있고, 이는 곧 전기차 배터리의 주행거리를 좌우한다.

동박의 굵기가 중요한 이유다. 동박이 얇으면 얇을수록 그만큼 활물질을 늘려 배터리의 용량을 높일 수 있다. 또 상대적으로 무거운 동박을 줄여 배터리의 무게도 줄일 수 있다.

길이와 너비도 생산 효율성 측면에서 중요하다.

고객사 입장에서 길이가 길면 길수록 동박을 감은 롤을 교체하는 주기가 늘어나 관련 비용을 줄일 수 있다. 너비도 크면 클수록 같은 시간에 생산할 수 있는 양이 증가한다.

▲SK넥실리스가 제조한 동박 제품 (사진제공=SKC)

'가장 길고 폭이 넓으며 얇은 동박'…SK넥실리스의 차별적 기술력

굵기 4.5㎛(마이크로미터), 폭 1.33m, 길이 56.5㎞.

지난해 6월 SK넥실리스가 3박 4일간 뽑아낸 동박의 크기다. 20일 KRI 한국기록원으로부터 ‘가장 길고 폭이 넓으며 얇은 동박 제조’로 국내 최고 기록을 인증받았다.

SK넥실리스는 동박을 세계에서 가장 얇게, 그리고 가장 길고 넓게 생산하는 기술력이 있다고 자부한다. 동박 제조업계보다 기술력이 평균 5~8년 앞서 있다고 SK넥실리스 관계자는 강조했다.

2013년에는 6㎛ 두께의 동박을 세계 최초 양산했고, 2017년에는 5㎛ 동박을 세계 최초로 양산했다. 지난해 10월에는 세계 최초로 4㎛ 동박을 30㎞ 길이로 만드는 데 성공했다. 현재는 6㎛ 두께의 동박을 70㎞까지 생산할 수 있다.

SK넥실리스는 성능 면에서도 뛰어난 동박을 만들 수 있다고 강조한다. 배터리의 충ㆍ방전을 반복하다 보면 배터리가 변형되거나 전극이 끊어질 수 있다. 이를 막기 위해서는 동박의 물성이 중요하다.

SK넥실리스는 각종 공정 조건을 최적화하는 독자기술로 물성을 강화했다. 이를 통해 동박의 연신율(물체가 최대로 늘어나는 길이의 비율)을 2배 이상 높이고 인장강도(잡아당기는 힘에 견딜 수 있는 최대치)도 1.7배가량 키웠다.

▲SK넥실리스가 2019 IR52 장영실상 대통령상을 수상했다. (사진제공=SKC)

"2025년까지 생산량 3~4배 높일 것…차세대 배터리 기술도 준비 완료"

SK넥실리스는 차별적인 기술력으로 생산능력을 확대하고 있다.

SK넥실리스는 현재 축구장 약 17개 크기의 정읍 공장에서 연간 3만4000톤(t)의 동박을 생산하고 있다. 올해 4공장의 상업생산을 시작한 데 이어 3월과 6월 각각 1200억 원, 2400억 원씩을 투자해 5공장과 6공장 증설을 결정했다.

5공장과 6공장은 각각 2021년 하반기와 2022년 1분기에 완공하는 것이 목적이다. 6공장까지 공사가 끝나면 생산량은 5만2000톤까지 늘어날 전망이다.

해외 생산기지도 모색하고 있다. 동남아시아, 유럽, 미국 등을 후보 지역으로 두고 검토 중이다. 올해 안에 결정할 계획이다.

김영태 SK넥실리스 사장은 "동남아 쪽은 원가 측면에서, 고객과의 접근성에서는 유럽이나 미국 쪽이 유리하다"며 "종합적으로 우리한테 적합하고 고객사나 고려요소를 고려해서 결정할 계획"이라고 설명했다.

SK넥실리스는 2025년까지 현재의 3~4배 수준으로 생산능력을 높일 계획이다.

전고체 배터리 등 차세대 배터리에 대해서도 이미 준비를 마친 상태다. 김 사장은 "(전고체 배터리에 대해) 미리 다 준비하고 있다. 우리의 강점은 레시피 기술과 점보롤 만드는 기술인데 그 누구도 비교할 수 없을 정도"라며 "전고체 배터리에 쓰일 만한 금속물질 등에 대해 자체적으로 준비가 된 상태"라고 설명했다.

이런 차별적인 기술력을 바탕으로 SK넥실리스는 최근 중국 업체들 중심의 저가 공세를 이겨낼 수 있다고 확신했다.

김 사장은 "(동박이) 겉으로 보기에는 공급이 많다"면서도 "생산성을 높이기 위해 높은 스펙의 동박 제품을 요구하는 배터리 제조사들이 늘어나고 있어 그런 점에서는 수요보다 공급이 부족한 상황"이라고 말했다.

그러면서 "배터리에서 중요한 건 안전성과 성능, 원가 등이다. 원가에만 집중하면 다른 곳에서 문제가 생길 수 있다"며 "경쟁이 치열해질수록 우리가 더 유리해질 것"이라고 강조했다.