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복합동박
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복합동박(复合铜箔)은 PP, PI 등 필름 표면에 동을 도금한 것으로 기존 동박에 비해 동이 약 3분의 1만 들어가 획기적 비용 절감이 가능하다. 동박은 구리를 얇게 펴 만든 막으로 음극재를 감싸 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 배터리 핵심소재이지만 구리가 많이 들어가는 만큼 원자재 가격 상승에 따른 가격 부담이 컸다.
복합동박은 중국에서 2021년부터 이차전지 음극재인 전통 전해동박을 대체할 신소재 소재로 개발됐다. 기존 음극재 동박은 순도 99.5%의 구리로 구성돼 단위 면적당 중량이 무겁고, 동의 사용량이 많아 열전도율이 높은 것이 특징이다. 이 때문에 최근 전기차 화재 사건 등에서 기존 동박 사용에 대한 위기의식이 높아지기도 했다.
개요[편집]
'복합동박'이란 2차 전지 음극 집전체인 기존 동박이 가진 단점을 보완하는 대체품으로 현재 100% 구리를 사용하여 제작되는 기존 동박과 달리 PET, PP, PI와 같은 폴리머 필름에 양면 증착하여 동 도금하는 형태로 에너지 밀도를 향상시킬 뿐 아니라 발열이 적고 수명이 긴 장점이 있다.
특히 기존 동박 대비 50% 이상 동(Cu)의 사용량을 획기적으로 감소시킴으로써 소재 비용과 더불어 배터리 무게가 감소되는 이점이 있어 수많은 기업이 오래전부터 관심을 갖고 개발을 진행해 왔음에도 생산이 검증된 장비의 부재로 실제로는 양산이 실현되지 못했던 고난이도 제품이다.
장점[편집]
원재료를 적게 사용할 수 있다는 점이다. 여기에 일반 동박과 달리 쉽게 찢어지지 않는다. 특히 무게도 가벼워 전기차 배터리에 사용될 경우 주행거리 개선도 가능하다.
복합동박은 필름 위에 동을 도금하는 것이기 때문에 원자재를 50% 넘게 줄일 수 있다. 게다가 장력에도 잘 버틸 수 있는 만큼 불량률이 낮다.
수요[편집]
- 2025년 전기차 배터리용 복합동박 보급률은 20%를 넘어설 것으로 예상된다.
- 복합동박 시장 규모는 2022년 1700억원에서 2025년 3조4000억원에 달할 전망이다.
관련 기업[편집]
태성[편집]
2022년부터 복합동박 설비 연구개발을 추진한 태성은 설비 개발과 테스트를 완료하는 등 상용화 준비를 마쳤다. 코스닥 상장사 태성의 복합동박 설비는 4.5㎛(마이크로미터) 얇은 PP 필름에 1㎛씩 동을 얹어서 기존 동박과 똑같은 역할을 구현해주는 것으로 기존 동박에 비해 원가가 30% 정도 절약이 되고 배터리 수명이 60% 이상 향상되는 소재를 생산하는 기계이다.
태성은 기판 설비에 이어 신성장동력을 확보하기 위해 2022년부터 복합동박 설비 연구개발에 힘을 쏟았다. 그 결과 1m 이상의 넓은 폭에서도 일정한 장력이 유지돼 균일하게 동 도금이 이뤄지는 신기술을 개발해 특허도 출원했다. 장력이 일정하지 않아 잘 찢어지고 화재 위험이 있는 기존 중국 기술의 맹점을 극복한 것이다.
길이 27m, 높이 1.8m, 폭 4.6m의 복합동박 설비 대당 가격은 약 50억 원 수준으로 한달에 4대까지 생산이 가능하다.
탑맥[편집]
주식회사 탑맥(대표 이오준)은 Roll to Roll 초박막 필름 진공 증착 및 연속 동 도금 기술을 바탕으로 세계 초장폭(1,350mm) 2차 전지 음극 집전체용 '복합동박'을 연속 생산할 수 있는 설비를 개발하고 국내 고객에 납품하고 있다.
이번에 개발된 장치는 1,350mm 폭과 최소 두께 2.5㎛(1마이크로미터(㎛) = 100만 분의 1미터) 초박막 필름을 Roll to Roll 이송하여 연속 증착이 가능한 PVD 진공증착기(RS-serise)와 동일 필름에 대해 연속 양면 동(Cu)-도금이 가능한 장치(RP-series)이다.
지금까지 10㎛ 이하 박막 필름에 대한 Roll to Roll 연속 도금은 폭 기준 500mm가 한계였으나 탑맥의 기술력으로 1,350mm를 실현하게 된 것으로 지금까지 알려진 세계 최대 폭 공정 사례이다.
이번 개발 장치로 생산되는 복합동박은 약 4~6㎛ PET, PP, PI 등의 박막 폴리머 필름에 양면 1㎛ 동 도금 형성되는 구조로(구리-폴리머-구리) 약 6㎛~8㎛ 두께의 동박 필름을 15,000m 연속 생산 검증하였고, 특히 두께 균일도와 전기적 특성 및 핀홀 등 외관 품질과 인장강도, 연신율과 같은 기계적 품질도 기존 동박과 비교하여 동등 또는 그 이상의 결과를 보여준다고 한다.
탑맥은 지난 십수 년간 박막 증착 기술 및 인쇄 전자 부품 분야에서 높은 경쟁력을 보유했던 이엔에이치(E&H) 이오준 대표이사가 설립한 후 짧은 시간에 핵심 기술인력을 구성하여 공정 기술을 확보하고 단숨에 세계 최대 면적의 진공 증착 기술과 도금 장치 개발을 성공하는 성과를 달성했다. 관련 기술 특허만 해도 국내 등록 6건, 해외 등록 4건, 국내 출원 2건 등 총 12건에 달한다.
아이엠[편집]
아이엠은 스마트필름 전문기업 아이엠첨단소재를 기반으로 복합동박 사업에 진출했다. 진공증착(Sputter) 장비와 전해도금(Platingline) 장비를 독자 개발해 설치했다. 전해도금 장비는 세계 최초 1350㎜ 수평식 도금 장비로, 동박 대비 중량을 약 75%, 원가를 약 50% 줄일 수 있다.
아이엠은 복합동박 시장 선점을 위해 2024년 5월 탑맥에서 복합동박필름 최신 장비를 구입해 생산설비를 구축했다. 특히 안산공장에 있는 전해도금 장비는 세계 초장폭인 1350㎜ 수평식 도금 장비로, 4.5마이크로미터 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)를 기재로 사용해 양면을 1마이크로미터 전자동으로 도금할 수 있다.
두 공정을 거쳐 생산된 아이엠 복합동박필름은 두께 6.5마이크로미터, 폭 1.1미터 수준이다. 기존 동박 대비 중량은 약 75%, 원가는 약 50% 감소하는 특징을 가진다. 이에 더해 기존 배터리의 수명과 안전성에 영향을 미치던 덴트라이트와 핀홀(천공) 등 하자 문제를 개선하는 효과도 함께 갖고 있다.
아이엠은 이르면 올해 하반기부터 본격적인 제품 양산에 돌입한다는 계획이다. 이를 위해 국내외 주요 대기업 및 방위산업 업체와도 미팅을 마쳤다. 현 공정에서 복합동박필름 시제품 생산과 테스트를 진행해 수율을 높이고 양산 제품 인증과 생산 표준 제정 작업에도 직접 참여해 초기 복합동박 시장을 선점한다는 계획이다.
해외 주요 기업과의 개발 협력을 통해 기술 경쟁력을 확보하고 시장 영향력도 넓혀가고 있다. 아이엠과 협력 중인 중국 동박 생산업체는 중국 내 동박 시장점유율 1위 업체인 눠더구펀(NuoDe)과 화촹(Huachuang) 등이다. 두 회사는 모두 세계 최대 이차전지업체 닝더스다이([[CATL)와 비야디(BYD)가 직접 투자한 전지용 동박 주요 공급사다.
참고자료[편집]
- 김주영 기자, 〈태성, 연일 급등하며 최고가 랠리...'복합동박 설비'가 뭐길래〉, 《MTN뉴스》, 2024-06-11
- 김주영 기자, 〈태성, '복합동박' 설비 첫 선…한중일 뜨거운 관심〉, 《MTN뉴스》, 2024-05-29
- 이민조 기자, 〈<르포> "원가는 낮추고, 에너지밀도는 높였다"...태성, 국내 최초 복합동박 장비 공개하다〉, 《디일렉》, 2024-05-29
- 이원지 기자, 〈탑맥, '복합동박' 양산 설비 제작 성공〉, 《전자신문》, 2024-07-15
- 유현석기자, 〈PCB에 복합동박까지…올해 성장 자신하는 태성〉, 《아시아경제》, 2024-05-30
- 박수현 기자, 〈아이엠 화성·안산 복합동박 공장 가보니…"이르면 하반기 양산"〉, 《머니투데이》, 2024-08-09
- 배요한 기자, 〈아이엠, 中 눠더구펀과 복합동박 사업 MOU 체결〉, 《뉴시스》, 2024-08-06
- 최소연 기자, 〈아이엠 주가 콧노래...중국 기업과 복합동박 상용화 기술 협력 부각〉, 《핀포인트뉴스》, 2024-08-12
같이 보기[편집]
