[비즈월드] 동원그룹 계열사 동원시스템즈(대표 조점근)는 지난 19일 자료를 내고 기존 18650 규격(지름 18㎜, 높이 65㎜) 원통형 배터리 캔 대비 에너지 용량을 30% 이상 늘린 21700 규격(지름 21㎜, 높이 70㎜) 원통형 배터리 캔의 양산에 돌입했다고 밝혔다.

배터리 업계에 따르면 원통형 배터리 캔은 2차전지 배터리에 가장 널리 사용되는 패키징 형태로 제조 용이성과 기계적 안전성이 뛰어나다. 2차전지 배터리 포장 형태는 원통형 외에도 각형, 파우치형 등이 있다.

원통형 배터리 시장 규모는 2021년 약 74GWh에서 2026년 173GWh까지 연평균 약 20% 성장할 것으로 전망된다. 특히 전기자동차 선두 회사인 테슬라가 전기차 주력 배터리로 원통형 배터리를 탑재하기로 결정하면서 리비안, 루시드 모터스 등 전기차 스타트업과 볼보, 재규어 랜드로버 등 글로벌 완성차 업체도 원통형 배터리 채택을 확대하고 있다.

이런 가운데 동원시스템즈 측은 지난 1월 21700 규격 원통형 배터리 캔의 내식성을 높이는 기술을 업계 최초로 개발해 완제품 생산에 성공하고 국내 2차전지 제조 회사로부터 제품 승인을 획득했다고 설명했다. 이와 함께 경북 칠곡군에 위치한 칠곡사업장에 21700 캔을 양산할 수 있는 생산 체계를 구축하고 지난 3월부터 판매를 시작했다는 것이다.

이와 함께 배터리 캔 수요 증가에 대응하기 위해 상반기 내 라인을 추가로 증설하는 등 2차전지용 캔 제조 사업규모를 확대해 나간다는 계획이다.

동원시스템즈 관계자는 “늘어나는 원통형 배터리 수요에 맞춰 공장 및 생산 설비를 증설해 국내외 고객사를 확보해나갈 것이다”면서 “차세대 원통형 배터리로 꼽히는 4680 규격 배터리 캔에 대한 차별화 기술을 확보하고 관련 생산설비를 도입해 2차전지 소재부품 기업으로서의 포트폴리오를 강화할 것이다”라고 말했다.

동원시스템즈는 2020년 2차전지용 알루미늄 양극박 생산라인을 증설한 데 이어, 지난해 4월 삼성SDI, LG 에너지솔루션 등 국내 주요 배터리 업체에 2차전지용 캔을 납품해온 엠케이씨(MKC)를 인수해 2차전지를 중심으로 한 소재부품 전문기업으로의 도약에 나섰다.

이 회사가 이번에 21700 규격 2차전지용 원통형 배터리 캔의 제품 승인을 받고 제품 양산에 들어갈 수 있는 기반이 된 것은 업계 최초로 개발에 성공한 원통형 배터리 캔의 내식성을 높이는 기술 때문이다.

2차전지는 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지로서 양극, 음극, 전해질, 분리막 및 용기로 구성된다. 양극과 음극 사이의 전해질을 통해 리튬 이온이 이동하는 전기적 흐름에 의해 전기가 발생한다. 

2차전지의 포장재로는 일반적으로 금속을 프레스 가공해 원통 또는 육면체 형상으로 용기화한 금속제 캔이 사용되고 있다. 

그러나 이런 금속제 캔 포장재는 용기 외벽이 단단하기 때문에 전지자체의 형상이 금속제 캔의 형상에 의해 결정된다는 단점이 있었다. 

이 때문에 2차전지 형상의 자유도가 떨어지게 되며 금속제 캔은 두께가 두껍고 부피가 크며 무겁다는 단점이 있었다.

최근에는 이런 점을 보완하기 위해 다층 필름을 이용한 2차전지용 파우치가 개발되고 있다. 

2차전지용 파우치는 내부에 화학 물질 등을 수용하는 구조여서 화학 물질에 대한 내화학성과 외부로부터 수증기 및 공기를 차단할 수 있는 방습 및 가스 차단성이 요구되게 된다. 

따라서 차단성 및 내화학성이 향상된 2차전지용 파우치에 적용되는 다층 필름이 요구되는 실정이다.

비즈월드가 특허청 특허검색 시스템 키프리스를 통해 해당 특허기술을 확인한 결과 이 특허는 동원시스템즈가 2019년 8월 7일 출원(출원번호 제1020190096164호) 된 ‘2차전지용 파우치에 적용되는 다층 필름’이라는 명칭이다. 이 특허는 2021년 2월 19일 등록(등록번호 제102220107호)을 받았다.

회사 측은 “이 특허에 따른 2차전지용 파우치에 적용되는 다층 필름은 이 다층 필름의 외측에 배치되는 표면층과 표면층의 일면에 적층되는 금속층, 이 금속층의 일면에 적층되는 압출수지층 및 압출수지층의 일면에 적층되는 실란트층을 포함하고 압출수지층 및 실란트층은 각각 적어도 3층 구조로 형성될 수 있다”라고 요약 설명했다.

구체적으로 이 특허에 따른 2차전지용 파우치에 적용되는 다층 필름은 다층 필름의 외측에 배치되는 표면층과 표면층의 일면에 적층되는 금속층, 금속층의 일면에 적층되는 압출수지층 및 압출수지층의 일면에 적층되는 실란트층을 포함하고 압출수지층 및 실란트층은 각각 3층 구조로 형성되도록 했다.

압출수지층은 제1접착층과 수지층, 제2접착층을 포함하도록 했다. 수지층은 PVDC(polyvinylidene chloride), EVOH(ethylene vinyl alcohol copolymer),
PE(polyethylene), PP(polypropylene), COC(cyclo olefin copolymer) 및 PVC(poly vinyl chloride) 등이 사용된다.

제1접착층 및 제2접착층 중 적어도 어느 하나는 극성 폴리프로필렌계 수지를 포함해도록 했다. 극성 폴리프로필렌계 수지는 폴리프로필렌계 수지를 베이스로 주쇄 또는 측쇄에 하나 이상의 극성기를 도입한 것이다.

베이스로서의 폴리프로필렌계 수지는 프로필렌 중합체(호모 폴리프로필렌), 프로필렌 코몰리머(PP coꠓpolymer) 및 프로필렌 터폴리머(PP terpolymer) 중 적어도 어느 하나 이도록 했다.

극성 폴리프로필렌계 수지는 무극성 폴리프로필렌 수지를 과산화물 및 카르복실산으로 처리해 극성기를 도입한 변성 폴리프로필렌 수지이며 극성기는 무수말레인산을 적용했다고 한다.

제1접착층, 수지층 및 제2접착층의 두께는 상기 압출수지층의 전체 두께 대비 각각 20~40%, 20~60% 및 20~40%이도록 했고 압출수지층은 3레이어 용융수지로 하나의 공정으로 형성되도록 했다. 실란트층은 폴리프로필렌을 베이스로한 고분자 필름으로 했고 금속층의 일면 또는 타면 중 적어도 어느 하나에 형성되는 표면처리층을 더 포함할 수 있도록 했다.

이런 구조를 한 다층 필름은 향상된 차단성 및 내화학성을 가진 것으로 실험 결과 확인됐다고 동원시스템즈 연구진은 설명했다.

[비즈월드=정영일 기자 / zprki@bizwnews.com]