배터리 제조 공정과 건식 전극 기술의 부상
전 세계적인 에너지 전환의 물결 속에서 파워 배터리 산업은 '소재 혁신'에서 '제조 혁신'으로의 심오한 변혁을 겪고 있다. 2025년 중국 나트륨 이온 배터리 생산량은 전년 대비 96% 증가했으며, 고체 배터리 연구 개발은 고속도로에 진입했다—국내 최초의 대용량 전고체 배터리 생산 라인이 완공되어 소량 시험 생산 단계에 들어섰다. 그러나 배터리 성능의 돌파구는 신소재 시스템뿐만 아니라 제조 공정의 혁신에도 달려 있다.
전통적인 리튬 배터리 전극 제조는 습식 공정을 사용합니다. 이 공정은 활물질, 전도성 물질 및 결합제를 유기 용매(예: NMP)와 혼합하여 슬러리를 형성한 다음, 코팅, 건조, 용매 회수, 마지막으로 캘린더링 및 절단을 통해 전극 시트를 얻는 과정으로 이루어집니다.
그림 1 배터리 전극 코팅 장비
이 공정은 세 가지 주요 문제점을 안고 있다: 장비 길이가 수백 미터에 달하고, 에너지 소비량이 막대하며, 고가의 회수 시스템이 필요한 독성 용매를 사용한다는 점이다. 배터리 비용 절감 압박이 심화되고 고체 상태 배터리가 무수 환경을 요구함에 따라, 새로운 제조 기술인 건식 전극법이 적극적으로 추진되고 있다.
그림 2 건식 전극법 개략도
건식 전극법에 대한 심층 분석
현재 개발된 배터리 전극 제조 공정은 크게 두 가지로 분류됩니다.
건식 전극법과 습식 전극법이란?
습식 전극법은 현재 업계의 주류 전극 제조 기술로, 핵심은 “액상 분산”이다: 분말 재료를 용매에 용해 또는 분산시켜 슬러리를 형성한 후, 코팅 다이를 통해 전극 집전체에 균일하게 도포하고, 고온 건조를 통해 용매를 제거한 후, 롤러 압착을 통해 성형한다.
건식 전극법은 용매를 완전히 배제하고 “건식 성형” 방식을 채택합니다: 활물질, 전도제, 건식 분말 바인더를 직접 혼합하고, 높은 전단력을 통해 바인더를 섬유화하여 3차원 네트워크를 형성합니다. 이 혼합물은 다중 롤러를 통해 압축되어 직접 자립형 전극 필름을 생성하며, 최종적으로 전류 수집기에 적층됩니다. 이 공정은 테슬라가 맥스웰 테크놀로지스(맥스웰의 건식 전극법)를 인수한 후 4680 배터리에서 최초로 양산 규모로 확대되었으며, 엘론 머스크에 의해 “리튬 배터리 생산 기술의 중대한 돌파구”로 평가받았습니다.
그림 3 맥스웰 건식 전극 제조 공정 도식
건식 전극법과 습식 전극법의 차이점, 장단점
습식 전극법은 현재 리튬 배터리 제조의 주류 공정으로, “액상 분산 + 코팅 및 건조”로 요약할 수 있습니다. 먼저 활물질, 전도제, 바인더를 유기 용매(예: NMP)에 용해 또는 분산시켜 슬러리를 만듭니다. 이 슬러리는 코팅 다이를 통해 전류 수집기에 균일하게 코팅된 후, 수백 미터에 달하는 건조 터널을 통과하여 용매를 제거하고, 마지막으로 롤러 압착 및 절단 공정을 거칩니다. 이 공정의 장점은 기술적 성숙도와 높은 수율에 있으며, 소비자 가전 및 파워 배터리 분야에서 수십 년간의 대량 생산 경험을 축적해 왔습니다. 그러나 단점 또한 상당합니다: 건조 단계에서 막대한 에너지를 소모하며, 용매 회수 시스템 구축에 큰 투자가 필요하고, NMP 같은 유독성 용매 사용으로 환경적 부담이 발생합니다. 또한 잔류 용매가 전극 일관성에 영향을 미칠 수 있으며, 건조 과정에서 바인더가 이동·집중되어 전극 구조가 불균일해질 수 있습니다.
그림 4 건식 전극법과 습식 전극법 공정 흐름 비교
건식 전극법은 용매를 완전히 배제하고 “건조 상태 성형” 방식을 채택합니다: 활물질, 전도제, 건식 분말 바인더(예: PTFE)를 직접 혼합합니다. 고전단력을 통해 바인더를 섬유화시켜 3차원 네트워크 구조를 형성한 후, 다중 롤러를 통해 압축하여 직접 자립형 전극 필름을 생성하고, 최종적으로 집전체에 적층합니다. 습식 방식 대비 건식 전극 방식은 장비 길이를 40% 이상 단축하고, 에너지 소비를 40% 감소시키며, 용매 배출 제로화를 달성해 환경 친화성을 크게 향상시킵니다. 더 중요한 것은 건식 방식이 황화물 기반 전고체 배터리와 자연스럽게 호환된다는 점입니다—고체 전해질의 용매 부식을 피할 수 있으며, 섬유화된 바인더로 구축된 전도성 네트워크는 전극의 고속 전류 공급 능력을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 건식 방식의 기술적 난관도 더욱 집중되어 있다: 바인더 섬유화의 균일성 제어, 필름 두께 일관성 유지(±1μm 이내 요구), 초박형 전류수집체 적층 공정 등은 장비 정밀도와 공정 허용 오차 범위에 극히 높은 요구를 부과한다.
건식 전극 공정이 배터리 소재 및 성능에 미치는 영향
건식 전극 공정은 제조 공정을 변화시킬 뿐만 아니라 배터리의 소재 시스템과 궁극적인 성능에 깊은 영향을 미칩니다.
그림 5 건식 전극 제조 공정에서 PTFE 바인더의 역할
그림 6 건식 전극 방식 배터리는 더 높은 전기화학적 성능을 가짐
건식 전극 방식의 실제 적용 사례
건식 전극 방식의 발전과 배터리 제조 공정에 대한 요구 사항 증가에 따라, 기존 원통형 배터리 및 고체 배터리 실제 사례에서 건식 전극 방식의 다양한 적용이 관찰되었습니다.
사례 1: 테슬라의 4680 건식 배터리 양산
2026년 2월, 테슬라는 4680 배터리의 양극과 음극 모두 건식 공정으로 제조 중이며, 일부 모델 Y 배터리 팩에 적용되고 있다고 공식 발표했다. 약 5년에 걸친 노력 끝에 달성된 이 기술적 돌파구는 건식 양극막 형성 및 고속 연속 생산과 같은 공학적 난제를 극복한 것이다. 일론 머스크는 “비용, 에너지 소비, 공장 복잡성을 크게 줄인다”고 언급하며, 이는 파워 배터리 제조의 패러다임 전환을 의미한다고 밝혔다.
그림 7 테슬라 4680 배터리 생산 라인
사례 2: GAC 전고체 배터리 생산 라인
2025년 11월, 중국 최초의 대용량 전고체 배터리 생산 라인이 완공되어 소량 시험 생산 단계에 진입했다. 중국 장비 제조사 칭얀-나크노르가 GAC 그룹을 위해 국내 최초의 대용량 전고체 배터리 생산 라인을 구축했다. 핵심 장비는 2025년 7월 납품된 고속 광폭 건식 전극 필름 성형 라미네이터로, 60Ah를 초과하는 자동차용 배터리 안정적 양산에 성공했다. 이 장비는 초박형 전류집전체 적층 및 다중 재료 시스템 적응과 같은 핵심 기술에서 돌파구를 마련했다.
그림 8 고속 광폭 건식 전극 필름 형성 장비
사례 3: 삼성 SDI의 건식 전극 전략
삼성 SDI는 천안 공장에 건설 중인 파일럿 생산라인 'DryEV'에서 건식 전극 방식을 기반으로 한 배터리 검증 작업을 시작했다.
이 회사는 제조 비용 절감과 생산 속도 향상을 위한 핵심 수단으로 전고체 배터리에 건식 전극 기술을 적용하는 방안을 검토 중이다.
사례 4: 건식 전극 장비 글로벌 진출
2026년 2월, 심천 칭얀-나크노르가 독자 개발한 건식 전극 장비가 전고체 배터리 양산 프로젝트를 위해 일본 주요 자동차 회사에 공식 출하되었다. 이 장비는 에너지 소비를 40% 절감하고 생산 효율을 3배 향상시키며, 폭 800mm, 분당 50m의 속도로 가동되며 필름 두께 균일성을 ±1μm 이내로 제어해 국제 선도 수준에 도달했다.
건식 전극 방식의 잠재력과 의의
건식 전극법은 단독으로 존재하지 않으며, 등방성 압축 및 적층과 같은 첨단 공정과 함께 차세대 배터리 제조를 위한 기술적 매트릭스를 형성합니다.
등방성 압축 기술은 모든 방향에서 균일하게 높은 압력(수백 MPa)을 가함으로써 전고체 배터리의 고체-고체 계면 접촉 문제를 효과적으로 해결하고 전극과 전해질 층 사이의 계면 다공성을 개선할 수 있습니다. 중온 등방성 압축(80-120℃)은 이미 고체 배터리 생산 라인에 적용되어 건식 전극법과 상호 보완적인 공정 체계를 형성하고 있다.
그림 9 퀸터스(Quintus) 등방성 압축 장비
적층 공정은 전고체 파우치형 배터리에 가장 적합한 조립 방식으로, 고체 전해질의 유연성 부족 문제를 효과적으로 해결하고 다층 적층의 에너지 밀도 이점을 실현합니다.
향후 추세는 건식 전극과 고체 배터리의 통합이 주류 경로가 될 것임을 시사합니다: 건식 전극은 황화물 기반 전고체 배터리의 용매 장벽을 제거할 뿐만 아니라 다층 공압출을 통해 전극-전해질 복합 필름의 통합을 가능하게 합니다. 2030년까지 전 세계 전고체 배터리 출하량은 180GWh에 달하고, 건식 전극 장비 시장은 320억 위안을 초과할 것으로 전망됩니다.
더 중요한 것은 건식 전극 방식의 의미가 단순한 기술 경로를 넘어 배터리 산업의 경쟁이 '소재 경쟁'에서 '제조 역량 경쟁'으로 전환됨을 시사한다는 점입니다. 건식 대량 생산 기술의 진보는 기업이 배터리 원가 절감 주도권을 장악할 수 있을지를 결정할 것이며, 선진 건식 공정은 고체 배터리의 전면적 도입을 촉진할 것이다.
그림 10 고체 배터리 3대 제조 공정 유형
테슬라의 4680 배터리부터 국내 전고체 생산라인, 장비 수출부터 글로벌 거대 기업의 전략적 움직임에 이르기까지, 건식 전극 방식은 차세대 배터리 기술을 규정하는 핵심 경쟁 무대로 부상하고 있다.
Seoul: NEWARE
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