이물질 예방부터 제품 분석까지 사람보다 정확도·생산효율 높은 '자동화 설비', '로봇팔'
‘2030년 양극재 생산능력 100만톤’. 포스코퓨처엠의 양극재 핵심이 될 전남 광양 율촌제1산업단지를 지난 22일 찾았다. ‘자동화 시스템’, ‘무인화’ 등 양극재 생산을 위한 스마트팩토리 기술이 집약됐다.
2022년 11월 준공한 광양 양극재 공장은 단일 규모 세계 최대 생산공장이다. 가동중인 1공장(1·2단계)과 2공장(3·4단계)은 연간 각각 3만톤, 6만톤의 생산능력을 갖추고 있으며 지난 22일 착공한 5단계까지 총합 14만톤 이상의 생산능력을 보유하게 된다. 같은 부지에 향후 연간 생산능력 3만톤 이상의 6, 7단계 공장도 건설될 예정이다. 생산될 제품은 NCA, NCMA, 단결정 등 고부가 양극재다.
양극재는 제품 품질 관리가 필수적이다. 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하는 핵심 소재기 때문이다. 이물질이 들어갈 경우 배터리의 최종 성능에 영향을 미치기에 직원들은 오염·이물질을 사전에 예방하고자 한다. 직원을 포함해 공장 내부로 들어가는 사람 및 차량들은 외부의 미세한 먼지와 이물질을 제거하기 위한 ‘에어샤워’ 공간을 통과해야만 한다.
공장 내부로 진입하면 양극재를 생산하기 위한 장비 라인들이 줄지어 나열돼 있다. 양극재는 양극재와 리튬 등으로 구성된다. ▲소성 ▲수세 ▲코팅 ▲열처리 등 2~3일이 지나 완제품 형태를 갖추게 된다.
먼저, 전구체와 리튬, 첨가제 등은 사가(Sagger)라는 그릇에 담겨 소성로로 이동된다. 혼합, 화학반응을 통해 활물질로 만들기 위해서다. 포스코퓨처엠 광양 양극재 공장 김대완 부공장장은 “사가에 담긴 제품은 3단 4열로 쌓아 소성로로 인입된다”며 “사가는 소모성 부품이라 일정 주기가 되면 사람이 교체해야 했지만, 로봇팔이 이를 대신해 생산 효율이 높아졌다”고 설명했다.
소성로에서는 약 700~900℃ 높은 고열로 혼합물이 딱딱하게 구워진다. 이후 고객사의 요청에 맞춰 원하는 크기로 분쇄하고, 남아있는 리튬을 제거한 후, 코팅 공정과 열처리 공정을 거쳐 최종 제품이 완성된다.
최종 제작된 양극재 제품은 거대 ‘자동화창고’ 내에 위치하게 된다. 이곳에는 500~700kg 되는 포대들이 랙에 차곡차곡 적재되어 있으며 무인화로 운영되고 있다. 포대는 완제품 뿐만 아니라 니켈, 리튬 등 광물 원재료, 제품이 되기 전 단계인 반제품, 완제품 등으로 구성되어 있다.
포대는 제품을 구분하기 위해 포대의 색상이나 라벨링이 부착되어 있다. 김 부공장장은 “라벨링을 통해 필요한 제품들이 리프트를 통해 자동으로 입·출고가 이뤄지고 있으며 제품 품질 관리를 위해 폐쇄적인 공간 내에 온도와 습도가 자동조절 되고 있다”고 말했다.
로봇팔 · 자동 정밀 계량 시스템으로 원료 및 제품을 검사하는 분석 자동화 설비를 시연 중이다. (사진=포스코퓨처엠)
품질 분석도 사람 대신 로봇과 자동화 설비가 담당하고 있다. 만들어진 제품 샘플 캡슐은 초당 5m를 이동하는 ‘에어 슈팅’을 통해 옮겨지며 자동화 설비가 샘플 캡슐을 검사한다. 샘플은 하루에 300~500개 분석된다.
제품의 계량도 로봇팔을 통해 정밀하게 이뤄진다. 품질섹션 안기현 리더는 자동화 설비를 시연하며 “로봇팔 두 개가 제품을 옮기고 무게를 측정하는 역할을 맡았다”며 “로봇팔이 제품을 이동해 호퍼에 넣어 분석기로 이동하고 정량을 담아낸다”고 밝혔다. “사람이 직접 해당 과정을 하기보다 분석과 정확도 결과 재현도가 높다”고 덧붙였다.
한편, 포스코그룹은 원료부터 소재, 리사이클링까지 전체 밸류체인을 조성할 계획이다. 포스코퓨처엠은 확보한 니켈, 리튬 등을 통해 양극재를 생산한다. 니켈과 리튬 등 광물은 호주 필바라 미네랄스와 설립한 포스코필바라리튬솔루션 등을 통해 확보한다. 포스코HY클린메탈을 통해서는 폐배터리를 리사이클링하며 그 과정에서 추출한 원료도 추출한 원료도 양극재 생산에 활용될 방침이다.
디일렉=이민조 기자 [email protected]
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