배터리 건식공정(Dry coating)에 대한 간단한 이해

테슬라의 배터리데이(Battery day by TESLA)를 비롯해서

 

멕스웰社(Maxwell corporation)의 기술로 유명한(지금은 테슬라가 인수) '건식공정(Dry coating)'은 대체 무엇일까요??

 

 

기존의 리튬배터리 제조과정에서 [전극공정] 에서는

 

양극을 만들때 양극재(NCM,NCA,LFP...) + 바인더 + 도전재를 solvent(용매)로 녹여서 액체상태로 만들어 슬러리를 섞듯이 섞어준 다음,

 

집전체(Al or Cu)에 잘 펴바르고(코팅) 건조시킨후, 용매를 증발시키는 과정을 거칩니다.

 

결과적으로, 전극공정의 아웃풋 결과물은 집전체에 잘 발려진 양극재+바인더+도전재입니다.

 

https://blog.naver.com/limitsinx/222001761537

리튬배터리 제조공정과정 간단 요약 정리

 

 

여기서, 양극재+도전재+바인더를 solvent에 녹여서 슬러리로 섞어주는 과정과, 이것을 집전체에 발라주는(코팅)과정

 

그리고, 용매를 증발시키기 위해 양극을 시골에 고추말리듯이 건조시켜주는 시간이 필요합니다.

 

이것은 화성공정의 일부분인데, 액체상태로 펴바른 집전체를 건조하게 말리는데에 드는 설비(각각 셀마다 건조 필요)와

 

시간이 아주 많이드는 관계로, 이 공정 과정만 없앨 수 있다면 시간적/공간적으로 엄청난 효율을 얻을 수 있습니다.

 

 

 

그래서 사람들은 고민하기 시작합니다..

 

액체상태로 펴바르는게 아주 좋긴 하지만, 설비와 시간이 너무 오래걸리는데...

 

"고체상태 (양극재+바인더_도전재) 그대로, solvent(용매)로 녹이지 않고 집전체에 부착할 수 있는 방법이 없을까..?"

 

 

 

이렇게해서 나온것이 '건식공정' 입니다.

 

양극재 + 도전재 + 바인더를 섞어주는것 까지는 기존 리튬배터리와 동일합니다.

 

① Solvent(용매)에 녹이기

② 슬러리 섞기

③ 집전체에 발라주기(코팅)

④ 건조시켜, 용매를 증발시키기 (고추밭에 고추를 널어놓고 말리듯, 엄청나게 넓은 공간이 필요)

 

상기 4가지 과정이 기존의, 슬러리 형식으로 전극공정을 진행하는 과정이였다면,

 

건식공정(Dry coating)은  1,2번의 액체로 만들어주는 과정 없이 3번만 바로 진행하겠다는 것입니다!

 

즉, 가루(고체상태) 그대로 집전체에 코팅을 해줆으로써, 기존의 4가지 공정을 1가지로 줄여서 시간/공간적 이득을 보겠다는 것입니다!

 

가능만 하다면 아주 상식적인 이야기죠

 

그럼, 이런 생각을 해볼 수 있습니다.

 

액체상태로, 마치 식빵에 잼을 바르는 것과

 

잼을 가루로 만들어서 식빵에 뿌리는 것 중, 어떤것이 식빵에 더 잘 묻을까요??

 

당연히, 액체형 잼을 빵에 바르는게 더 잘 뭍을 것입니다.

 

 

 

건식공정과정에서 가장 필요한 기술은 '동일한 두께'로, '마치 액체를 바르듯, 빠지는 면적없이(나노 단위로) 잘 펴바르는것(코팅)'입니다.

 

이것은 아주 어려운 기술이며, 건식공정이 상용화 되지 못하는 주요한 문제점입니다.

 

보통, 고체(가루)형태를 집전체에 곱게 일정한 두께로 잘 펴바르기위해서는 아주 큰 압력으로 집전체에 마치 도장찍듯 쾅! 찍어내는법이 있는데요

 

 

이것이 현재 가능하다고 생각되는 솔루션 중 하나입니다.

 

그럼 여기서 또 새로운 문제에 직면하게 됩니다.

 

마치 액체로 펴바른듯, 아주 얇고 모든면적에 동일하게 가루를 입히기위해서는 아주 큰 압력으로 아주 순간의 속도에 쾅! 찍어내야 합니다.

 

이런 큰압력을 과연 집전체가 버틸수 있을까요??

 

또한, 이렇게 쾅! 찍어낸 집전체를 원통형 배터리는 전극을 둘둘말아야하는데 전극에 crack없이, 탈리도 없이(가루가 떨어지지않고) 셀의 형태를 유지할 수 있을까요??

 

 

쉽게 생각해보면,

 

잼을 바른 식빵을 둘둘 말때와

 

커피가루를 뿌린 식빵을 둘둘말때

 

커피가루를 뿌린 식빵은 가루 1개도 안떨어지고 마치, 잼을 바른 식빵을 둘둘 말때처럼 식빵면전체에 가루가 골고루 뿌려진 형채가 유지될 수 있을까요??

 

불가능합니다. 커피가루를 아주 얇게 잘 펴발랐다해도 이걸 둘둘말면 가루가떨어지게 되죠

 

이런 다양한 문제들때문에 건식공정이라는 기술을 원하면서도 양산에 적용하지 못하고 있었는데,

 

이번 테슬라 배터리데이에서는 하겠다고 발표를 했습니다. (미래 지향적인 얘기긴 했지만요)

 

물론, 구체적으로 언제까지 ,어떤 기술로 해당 문제점들을 해결할지는 말하지않았지만..

 

뭐 할 수 있다니.. 한번 기다려보고싶습니다! 왠지 테슬라는 해낼 수 있을 것 같거든요!