양극박

동일알루미늄이 고객이 원하는 너비와 길이로 알루미늄박을 자르고 있다.

2차전지의 셀구조와 양극박(이미지 롯데알미늄 제공)

양극박은 2차전지의 필수 소재로서 2차전지의 용량과 전압을 결정하는 양극 활물질을 지지하는 동시에 전자의 이동 통로 역할을 하는 소재이다. 열전도성이 높아 전지 내부의 열 방출을 돕는 역할을 한다. 양극박 소재로 알루미늄이 사용되고 있어 알루미늄박이라고도 한다.

국내에서는 롯데알미늄㈜, DI동일(동일알루미늄), 동원시스템즈㈜, 삼아알미늄㈜ 등 기업이 양극박을 생산하고 있다. 배터리 전문 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 전세계 2차전지 수요 증가에 따라, 전세계 알루미늄 양극박 수요가 2020년 9.2만톤에서 2021년 13.5만톤, 2025년에는 47.5만톤까지 급증할 것으로 전망된다.

개요

전기차 배터리로 활용되는 리튬이온 배터리는 방전과정에서 리튬이온이 음극(-)에서 양극(+)으로 이동하며, 충전 시에는 리튬이온이 양극(+)에서 음극(-)으로 다시 이동하여 원위치 된다.

구리(Cu)는 낮은 전위에서 안정하며, 알루미늄(Al)은 높은 전위에서 안정하므로 각각 구분하여 사용한다. 리튬과의 안정성을 유지하기 위해 음극기재에는 구리가 양극기재에는 알루미늄이 집전장치로 사용된다.

양극박은 충전과 방전을 반복할 수 있는 2차전지의 용량과 전압을 결정하는 양극집 전체에 사용되는 알루미늄박이다. 양극박은 알루미늄박 형태로 전기화학 반응에 의해 생성된 전자를 모아서 방전시 필요한 전자를 공급하는 역할을 한다. 알루미늄을 20㎛(미크론, 1㎜의 1000분의 1) 이하의 박 형태로 매우 얇게 가공해 만들 수 있는데, 박의 두께를 균일하게 유지해야 한다. 때문에 최첨단 압연 기술이 필수적이다.

관련 기업

• DI동일 : 국내 알루미늄박 산업을 선도하는 기업은 DI동일이다. DI동일은 숨은 2차 전지 사업 기대주로 꼽힌다. 원료 섬유소재 제조가 본업이지만 자회사 동일알루미늄이 알루미늄박을 생산한다. DI동일은 동일알루미늄 지분 90.4%를 소유하고 있다. DI동일 자회사인 동일알루미늄은 1989년 4월 설립된 업체로 국내 2차전지 알미늄박 업체 중 가장 큰 업체이다.알루미늄박과 열교환기를 생산한다. 동일알루미늄은 국내 배터리 3사 모두 를 고객으로 하고 있다. 현재 4개의 라인을 보유 하고 있다.이 회사는 알루미늄 괴 압연→분리/재단→열처리(소둔)→코팅→포장 순으로 알루미늄박을 생산해 공급한다.

• 롯데알미늄㈜ : 2차전지 용 양극박 생산 공장 신증설을 소식을 알리며 전기차 관련 시장으로의 본격적인 진출을 예고했다. 2020년 말 경기 안산 반월 산업 단지에 있는 안산 1공장에 총 280억여원을 들여 2차 전지 양극박 생산 라인을 증설하는 작업을 마쳤다. 기존 식품용 알루미늄박 생산 라인과 분리된 배터리 양극박 전용 생산 설비를 설치함으로써 1만2000톤 규모의 양극박 생산 능력을 확충했다. 롯데알미늄은 2020년 4월부터 헝가리 터터바녀 산업 단지 내 6만㎡ 규모 부지에 1100억원을 투입해 연산 1만8000톤 규모의 양극박 공장을 건설하고 있다. 해당 공장이 2021년 말 완공돼 가동을 시작하면, 롯데알미늄의 양극박 연간 생산 능력은 3만톤 규모로 늘어나게 된다. 롯데알미늄이 생산하는 양극박은 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등 배터리 셀 3사가 주요 고객이다. 3사 가운데서는 삼성SDI 향 매출 비중이 좀 더 높은 것으로 알려진다.

• 동원시스템즈㈜ : 알루미늄 포일(Foil) 업체인 동원시스템즈(대표이사 조점근)가 2차전지 알루미늄 양극박 대량 생산에 돌입한다. 동원시스템즈는 2020년 11월 4일 충남 아산시에 위치한 아산사업장에서 2차전지용 알루미늄 양극박 생산 라인 증설 준공식을 열었다. 동원시스템즈는 지난 2016년 2차전지 용 양극박 소재인 카본 코팅 알루미늄박, 음극박 소재인 카본 코팅 동박 등을 생산하며 2차전지 소재 산업에 뛰어든 바 있다. 현재 동원시스템즈의 카본 코팅 알루미늄박이 적용된 2차전지는 국내 업체를 통해 유럽 고급 스포츠카 업체인 페라리 사에 납품되고 있으며, 초극세 10㎛ 알루미늄박은 애플 사의 모바일 디바이스용 2차 전지에 적용되고 있다. 동원시스템즈는 독일의 세계적인 알루미늄박 생산 기계 업체 아켄바흐(Achenbach) 사에서 제작한 광폭 압연기를 도입하며, 생산 라인 증설을 통해 2차전지용 알루미늄 양극박 생산에 본격적으로 돌입한다는 계획이다. 광폭 압연기는 2차 전지용 알루미늄 양극박 생산에 사용되는 첨단 기계 장비다. 동원시스템즈는 이번 라인 증설에 약 250억원을 투자했으며, 2022년까지 알루미늄 양극박 연간 생산량 8,000톤을 목표로 본격적인 생산에 들어갔다.

• 삼아알미늄㈜ : 삼아알미늄은 1998년 양극 집전체에 쓰이는 알루미늄박을 국내 최초 개발했다. 2004년에는 폭 2100㎜ 세계 최대 초고속 광폭 압연기를 들였고, 2012년에는 10마이크로미터(㎛) 두께 고강도 알루미늄박을 세계 최초 개발했다. 삼아알미늄은 현재 알루미늄 원재료(Strip)을 순차로 압연할 수 있는 압연기 3개를 보유했고, 목적 두께 제품을 생산하고 있으며 알루미늄박 1장을 10㎛ 두께까지 만들 수 있다. 경쟁국 일본의 경우 알루미늄박 2장으로 10㎛ 두께를 만든다. 삼아알미늄은 9㎛ 고강도 알루미늄박 개발에 박차를 가하고 있다. 9년 전만 해도 15㎛ 두께 이상 알루미늄박에 수요가 몰렸으나, 현재는 12㎛ 이하 선호가 커졌기 때문이다. 이 회사 주력인 A1100(두께 10~17㎛)은 2012년 판매 비중이 4.6%에 불과했으나 2020년 73%까지 급증했다. 개발 중인 9㎛ 알루미늄박은 얇으면서도 강도를 20% 향상한 것이 특징이다. 특히 인장강도와 연신율, 항복강도가 뛰어나다. 다만 해결해야 할 문제라면 두께 균일도와 판(평탄도) 및 외관 품질 등을 확보하고, 특히 수율을 높여야 한다. 삼성SDI와 LG화학, SK이노베이션 외에 유럽, 대만 등의 업체를 고객사로 확보한 상황이다.

참고자료

• 박준환 기자, 〈'알루미늄박' 4강전...DI동일, 동원시스템즈, 롯데알미늄, 삼아알미늄〉, 《육도삼략365》, 2021-05-17
• 박상희 기자, 〈동박업체만 호황? 롯데알미늄 "양극박도 황금알 낳는 거위"〉, 《더벨》, 2020-11-09
• 박종헌 기자, 〈동원시스템즈, ‘250억 투자’ 2차전지 양극박 생산라인 증설〉, 《철강금속신문》, 2020-11-05
• 류태웅 기자, 〈(배터리 데이 2021) 배건호 삼아알미늄 센터장 "이차전지용 9㎛ 알루미늄박 개발·증설"〉, 《전자신문》, 2021-04-28

같이 보기

• 동박
• 양극재

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