신기술 다수 도입되며 테스트 기간 일부 연장
테슬라 위한 IM 프로젝트 라인도 9월 전후 구축

LG에너지솔루션이 미국 얼티엄셀즈 양산라인 구축을 위한 파일럿 라인 안정화에 총력을 기울이고 있다. 얼티엄셀즈는 LG에너지솔루션과 미국 제너럴모터스(GM) 합작사다. 이 회사의 파일럿 라인(일명 LV)은 충북 오창에 구축했다. 

LV라인 테스트가 마무리되면, 얼티엄셀즈 오하이오 공장 라인 구축용  장비 발주가 본격화될 전망이다. 

얼티엄셀즈 오하이오 공장 건설 현장. /사진=LG에너지솔루션
얼티엄셀즈 오하이오 공장 건설 현장. /사진=LG에너지솔루션

얼티엄셀즈 위한 LV 라인, 신기술 도입으로 테스트 연장

 

LG에너지솔루션은 지난 2019년 연말 GM과 얼티엄셀즈 설립을 공식화 한 이후, 지난해 하반기부터 LV 라인을 구축했다. 양산 공장 건설이 LG에너지솔루션 주도로 이뤄지는 만큼, LV 라인은 충북 오창 공장 내에 마련됐다.

LG에너지솔루션이 별도의 파일럿 라인까지 지어가며 공정을 테스트하는 것은 얼티엄셀즈 합작공장 내에 새롭게 추가되는 기술들 때문이다. LG에너지솔루션은 얼티엄셀즈 오하이오 공장에 대용량 믹싱장비와 라미네이션 공정, 레이저 노칭 기술 등을 새로 도입한다.

믹싱은 양극재⋅음극재를 구성하는 소재(활물질⋅도전재⋅결착재)들을 고르게 섞어주는 과정이다. 믹싱은 한 번에 많은 양을 처리할수록 생산효율이 높아진다. 기존에는 1000리터급 장비도 사용됐지만, 얼티엄셀즈 오하이오 공장에는 2300리터 대용량 설비가 들어간다. 

라미네이션은 분리막 위에 양극과 음극을 합착하는 과정이다. 양극⋅음극을 낱장으로 잘라 분리막과 번갈아 쌓는 Z-스태킹 공법과 비교하면 셀 길이를 늘리기 용이하다. LG에너지솔루션은 얼티엄셀즈 공장에서 배터리 좌우 길이가 500㎜ 이상인 장폭 셀을 생산할 계획이다. 장폭셀은 좌우 길이가 300㎜ 안팎인 기존 제품 대비 생산 효율이 높다(KIPOST 2021년 4월 26일자 <SK이노베이션, 美 조지아주 공장에서 장폭형 셀 생산> 참조).

얼티엄셀즈가 생산한 배터리팩. /사진=LG에너지솔루션
얼티엄셀즈가 생산한 배터리팩. /사진=LG에너지솔루션

LG에너지솔루션은 이 밖에 레이저를 이용한 노칭공정도 도입할 것으로 예상된다. 노칭은 양극⋅음극을 필요에 따라 재단하는 과정이다. 그동안 예리한 칼날이 장착된 프레스 장비로 재단했으나 레이저를 이용하면 생산성이 더 높아진다. 절단부에서 발생하는 파단(rupture, 재료가 일정하지 않게 잘리는 것)을 방지할 수 있고, 장비 유지보수 기간도 짧기 때문이다.

이처럼 다양한 신기술이 적용되다 보니 LV 라인 테스트 기간도 길어지고 있다. 당초 올해 2~3월쯤에는 파일럿 생산을 완료하고 장비 발주가 이어질 것으로 예상했으나 아직 본격적으로 발주서(PO)가 돌지 않았다. 한 LG에너지솔루션 협력사 관계자는 “2~3월, 늦어도 4월 중에는 PO를 받을 것으로 봤으나 예상보다 LV 라인 테스트 기간이 연장되고 있다”며 “투자 심의는 이미 완료된 것으로 안다”고 말했다.

 

테슬라 위한 IM 라인도 9월 전후 구축할 듯

 

LV 라인이 얼티엄셀즈를 위한 파일럿 라인이라면, IM 라인은 미국 테슬라를 위한 파일럿 라인이다. 역시 오창 공장 내에 구축한다. IM 라인은 이르면 8~9월쯤 장비가 반입돼 시험 가동을 시작할 예정이다. 테스트 기간은 약 1년으로, 4680 원통형 배터리 생산성을 검증할 예정이다. 

4680은 지름 46㎜, 높이 80㎜의 배터리다. 테슬라가 지난해 9월 열린 ‘배터리 데이’를 통해 공개한 바 있다. 원통형 배터리는 부피가 커질수록 내부에 들어가는 활물질이 늘어나면서 에너지 용량도 커진다. 그러나 에너지 용량이 커지면 발열관리 등 안정성을 확보하는데 난이도가 높아진다. 

4680 배터리 내부. /사진=테슬라
4680 배터리 내부. /사진=테슬라

또 테슬라가 4680 배터리에 ‘탭리스’ 기술을 도입하기로 한 만큼, 이에 대한 검증도 필요하다. 탭은 배터리 내에서 전자의 이동통로가 되는 부분이다. 탭리스는 배터리 면 전체를 도체로 활용해 전자를 이동시키는 개념이다. 전자 이동 면적이 넓어지는 만큼 열 분산 효과가 크고, 공정 과정에서 탭 부착하는 과정도 생략할 수 있다.

한 배터리 장비업체 대표는 “IM 라인의 성공 여부에 따라 LG에너지솔루션과 테슬라, 양측의 협력 수위가 결정될 전망”이라며 “프로젝트가 성공적으로 검증되면 테슬라의 LG에너지솔루션에 대한 전략적 투자 등 협력 수위가 크게 높아질 것”으로 전망했다. 

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