[영상] 배터리 수율 이야기
2022-07-18 장현민 PD
진행 한주엽 디일렉 대표
출연 이수환 디일렉 전문기자
-안녕하십니까 디일렉의 한주엽입니다.
“안녕하세요. 이수환입니다.”
-수율. 반도체·디스플레이를 생산할 때 수율이 굉장히 중요한데. 배터리 쪽에서도 수율이 중요하죠?
“어떤 제조업이든 마찬가지지만 우리가 라인을 깔아놓고 하는 이 수율은. 뭐라 그럴까요. 빨리 생산성도 올리고 싶고 수율도 높이고 싶고. 근데 그 두 가지가 서로 트레이드오프 관계에 있지 않습니까. 많이 돌리면 그만큼 폐급이 많이 쏟아져 나오고.”
-폐급은 어떻게 합니까? 다 버려야 합니까?
“배터리 같은 경우에는 재활용을 하죠. 우리도 반도체 같은 경우에 폐웨이퍼들 재생 사업이 따로 있잖아요.”
-메모리 같은 경우는 재생시키곤 하죠. 되게 민감한 주제이긴 하죠.
“배터리 같은 경우에는 안에 들어있는 여러 가지 희귀 금속들의 가치가 매우 높기 때문에. 다 재활용들을 하고요. 심지어는 우리가 배터리 만들 때 반도체 같은 경우에도 오·폐수 같은 거 발생하잖아요. 배터리도 만들고 나서 찌꺼기가 있습니다.”
-폐급, 찌거기... 뭐 이렇게
“그런데 그 찌꺼기의 가치가 매우 높아요. 찌꺼기를 전문용어로는 스크랩(Scrap)이라고 하고요. 스크랩(Scrap)이라고 하는데. 이걸 전문적으로 회수해서 재활용하는 것도 굉장한 이권사업입니다. 왜냐하면 그 스크랩 안에 금속과 양극재·음극재가 붙어 있기 때문에 그래요. 그 금속 자체도 굉장히 가치가 있는 것이지만 그 안에 들어있는 양극재도 재활용하면 굉장히 도움이 된다. 이걸 잘하는 데가 OLED 재료 재활용 사업 있잖아요.”
-그렇죠. 그건 수율하고는 별 관계없죠. 버리는 것보다는 어쨌든 거기는 증착 시키고 난 다음에 재료들이 붙어 있는 부분들을 긁어내서 가져가서 하는 것들이니까. 그런 것들은 지금 본딩와이어 할 때 도금할 때도 금 긁어내는 것도 굉장한 이권사업이라고 그래요. 긁어내는 것들. 이거는 또 수율하고는 별 관계는 없으니까. 배터리도 각각의 공정마다 수율이 있을 테고 그리고 최종 제품으로 나왔을 때 최종 수율이 있을 텐데 어떻게 됩니까?
“수율이 크게 세 가지로 보시면 됩니다. 믹싱 (원료 투입) 그다음에 전극 공정, 양극과 음극을 만드는 것. 이 단계에서의 수율이 존재하고요. 그다음에 조립 공정, 배터리의 형태를 만들고 여러 가지 소재를 집어넣어 주는 공정까지의 수율이 존재하고 그다음에 후공정 LG에너지솔루션 같은 경우에는 전해질을 집어넣고 충·방전을 반복하고 에이징을 하는 단계까지를 후공정으로 포함하지만 삼성SDI나 다른 회사들 같은 경우에는 전해질 주입 공정까지가 조립 공정으로 포함돼 있거든요. 믹싱 전극 공정, 조립 공정 그다음에 마지막 후공정 이 세 가지의 수율이 서로 달라요.”
-그렇죠. 그러니까 최종 수율은 그 수율보다 훨씬 낮겠네요. 다 종합해야 되니까.
“그게 고민인데. 왜 그러냐 하면 배터리 조립 공정까지 수율이 괜찮게 나와도 막판에 후공정할 때 거기서 또 왕창 망가지는 경우가 있거든요. 왜냐하면 예를들어 반도체 들어갈 때 보통 웨이퍼 투입부터 마지막 칩까지 한 달에서 한 달 보름 정도 걸리잖아요. 배터리도 한 달 정도 걸립니다. 근데 그 한 달이라는 기간 중에 보름 이상을 후공정에서 보내게 되거든요.”
-반이네요.
“시간을 많이 보내죠. 숙성시켜야 되니까 그 공정에서 뭔가 오류가 발생해서 전류 전압이나 온도. 베이킹 같은 것도 필요하니까요. 저는 여러 번 ‘장을 담근다’는 표현으로 말씀을 드렸는데 거기서 오류가 나는 경우도 굉장히 허다합니다. 그러면 그런 것들도 전부 재활용으로 들어가야 되는 수율이 좀 더 낮아지겠죠.”
-그러면 수율을 높일 수 있는 여러 가지 방법론에 대해서 배터리를 만드는 셀 회사들은 고민을 되게 많이 할 텐데. 주로 어떤 방법들이 있습니까?
“현실적으로 지금 가장 많이 투자를 하고 있는 게 검사 장비를 굉장히 많이 도입을 하고 있습니다.”
-중간중간 공정마다, 아까 말씀하신 각각의 과정마다 제대로 검사를 해야 된다는 얘기입니까?
“그렇죠. 왜 그러냐면 기본적으로 반도체도 그렇지만 반도체는 훨씬 더 이제 미세 공정이니까 그 안에 전자 현미경으로 들여다보기도 하잖아요. 전수 조사는 아니지만, 배터리 같은 경우에는 문제가 배터리 안에 들어있는 소재를 우리가 한 번 배터리 형태로 만들면 볼 수가 없어요.”
-그렇죠.
“물론 본다는 게 예를 들면 이런 거죠. 엑스레이로 볼 수 있죠. 근데 그것만 가지고는 이게 정상품인지 불량품인지 판단하기가 매우 어렵다는 겁니다. 그래서 나중에 우리가 후공정에 가서 여러 가지 테스팅을 해봤을 때 최종적으로 판별이 나게 되는데. 검사 공정 자체가 굉장히 최근에 많이 고도화가 됐죠. 특히 중간에 하지 않던 검사 중의 하나가 예를 들면 전극 같은 경우에는 요즘은 광폭으로 들어가거든요. 광폭에 비전 카메라를 예를 들면 광폭 같은 경우에는 6개씩 설치를 합니다. 비전 카메라를 6개씩 설치를 하고. 그 안에서 제대로 활물질이 붙어 있는지를 보는 거죠. 그 검사 공정이 추가로 많이 도입이 됐고요. 그다음은 울트라소닉. 초음파로 검사를 한 번 더 합니다. 이게 뭘 하냐면 동박 쪽이라고 하면 음극 쪽이죠. 동박에 활물질이 발라져 있고 그 두께를 측정하는 겁니다. 그 두께를 측정하는데 속도가 느려요. 우리가 예전에 잉크젯 프린터 인쇄하듯이 좌우로 왔다 갔다 하면서 활물질 극판을 검사하기 때문에 이런 부분들에 대한, 이게 좋아지면 좋아질수록 수율과 생산성이 높아지겠죠.”
-검사 장비를 많이 들여놔서 조금 더 정확하게 검사를 하겠다고 투자를 하면 수율은 낮아질 것 같다는 생각은 좀 드는군요. 왜냐하면 모르면 그냥 나가는데.
“그렇죠. 그랬다가 몇 번 완성차 업체들에서 자기네들도 검사를 하거든요. 그때 반박할 근거 자료가 없는 거예요. 특히 배터리셀을 보시면 우리가 배터리셀 자료 화면으로 많이 나오잖아요. 그 셀의 적층이 한 200~300장 정도 되거든요. 200~300장이 가지런히 예를들어 우리가 처음에 A4 용지 포장을 뜯고 나면 아주 가지런히 잘 되어 있잖아요. 그게 중간에 어긋나면 불량이에요. 그거를 잘 검사해야 되는데. 우리도 엑스레이 검사를 하지 않습니까? 정기 건강검진이나.”
-MRI도 하고 엑스레이도 하고 CT 촬영도 하고.
“다 하잖아요. 그러니까 이제 다 쓰는 거예요. 엑스레이도 찍고 CT도 찍고 그다음에 외관 검사도 다 병행을 합니다.”
-들여놓는 장비 가격도 장비 가격이겠지만 어쨌든 검사하는 데도 시간도 걸리기 때문에 어느 정도 생산량에도 좀 영향을 미칠 수 있을 것 같고. 근데 그럼에도 불구하고 나가기 전에 우리가 확실하게 데이터를 다 남겨놓고 문제가 있는지 없는지에 대해서 보고 해야 나중에 문제의 소지가 없다.
“그래서 많이 들어간 게 비전 검사나 엑스레이 검사나 3D CT 검사나 결국엔 영상 데이터를 뽑아내는 거잖아요. 이것들을 잘 판별해서 뭐가 정상이고 비정상인지를 보통은 머신러닝이나 좀 더 우아하게 표현하면 AI죠. 그런 것들을 많이 도입을 하고 있는 추세입니다.”
-사람이 눈으로 보는 것보다는 그렇게 머신러닝을 활용해서 AI를 활용해서 보는 게 사람 몸도 이제 그렇게 본다고 하지 않습니까?
“맞습니다. 근데 우리가 건강검진할 때 시간이 오래 걸리는 경우가 CT나 MRI 찍으면 엄청 오래 걸리잖아요. 이것도 마찬가지로 생산성과 수율을 높이려면 빠르게 하면서도 정확해야 돼요. 이게 지금 배터리 업계의 굉장히 어떤 도전과제 중의 하나입니다.”
-죄송합니다. 이 영상은 저희가 광고를 위해서 찍고 있는 영상이고요. 2022년 7월 27일. 저희가 「배터리 생산 수율을 높이는 마법의 지팡이」라는 콘퍼런스를 진행하고. 관심 있으신 분들 와서 들으시라고 이렇게 영상으로 얘기를 하고 있습니다. 여러 기업들이 나오는데요. 일반적으로 잘 모르는 기업이 있을 수도 있어요. 트윔이라는 회사. 얼마 전에 상장을 했죠. 차세대 배터리 외관 검사 장비에 대해서 지금 어프로치를 하고 있죠. 이 회사는 원래 디스플레이 쪽 중심이었고. 자비스라는 회사가 AI를 활용한 초고속으로 배터리를 검사하는 여기도 엑스레이가 기반 아닙니까?
“엑스레이가 기반인데. 최근에 원통형 배터리에 대한 수요가 많이 늘어서 이게 생산성이 되게 중요하거든요. 엑스레이도 정확하게 찍는 각도가 중요해서 이 회사가 거기에 대한 특허를 많이 가지고 있는 걸로 알고 있습니다.”
-그리고 코그넥스코리아라고 하는 곳에서 「EV Battery Inspection by Deeplearning」이라는 주제로 딥러닝을 활용한 배터리의 어떤 신뢰성 검사를 발표하는 거고. 미섬시스텍이라는 회사는 저희가 예전에 한번 영상으로 다뤘었나요?
“미섬시스텍은 저희가 몇 번 언급은 드렸었는데요. 이 회사가 주로 하는 게 배터리는 그 셀 자체로는 쓰기가 어렵고 어떤 종류의 제품이라도 모듈이나 팩화를 해야 됩니다. 전자담배도 그 안에 배터리 들어 있거든요. 이런 모듈이나 팩을 할 때 그 배터리의 특성이 매우 중요해요. 내가 전기 자전거에 쓸 거냐, 전기차에 쓸 거냐 아니면 전자담배에 쓸 거냐, 아니면 하다못해 손 선풍기에도 18650 배터리가 들어가니까. 그런 배터리의 여러 가지 특성 평가를 하는 검사 장비를 이 회사에서 자기네들만의 고유 기술을 가지고 만들고 있죠.”
-그리고 그다음으로는 베이커휴즈코리아라는 곳에서 배터리 안전을 위한 비파괴검사 분석 솔루션. 비파괴는 말이 좀 입에 붙진 않은데. 비파괴검사. 신뢰성 분석하는 데서는 비파괴, 자르거나 이렇게 눈으로 보는 게 아니고 엑스레이라든지 이런 여러 가지 장비를 활용해서 파괴하지 않고 그냥 그 상태 그대로 검사를 하는 솔루션에 대해서 베이커휴즈코리아에서 설명을 하기로 했고. 또 하나기술. 예전에 저희 유튜브에도 회사 관계자가 나와서 회사의 어떤 주요한 제품에 대해서 장비군에 대해서 설명한 적이 있는데. 배터리 진단 및 재활용 장비 솔루션. 재활용 장비도 하나 보죠?
“이게 왜 중요하냐면 요즘 폐배터리 얘기 굉장히 많이 하잖아요. 오늘 성일하이텍이 공모가 상단 밴드를 초과했는데.”
-그 회사는 관심 많은 것 같아요.
“굉장히 많죠. 폐배터리가 노다지라는 거는 누구나 다 알고 있는 사실입니다. 그런데 중간에 중요한 건 전기차에서 배터리팩을 뜯어냈다는 거죠. 뜯어냈는데 이 안에 좋은 놈과 안 좋은 놈을 선별할 수 있어야 될 거 아닙니까. 거기에 필요한 장비를 이 회사가 만드는 거죠. 결국에는 우리가 고철이 왔는데 어떤 게 좋은 고철이고 나쁜 고철인지를 판별할 수 있는 것도 굉장히 중요한 프로세싱이고요. 빨리 분리를 해야 되니까요.”
-그런 다음에 필츠코리아라는 곳에서 주요 배터리 장비 수출국 안전규정에 대해서. 안전규정. 결국은 수율이라는 것이 불량이 났을 때 배터리 같은 경우는 위험하니까.
“그뿐만이 아니라 엑스레이나 3D CT는 결국 방사선을 쫴서 하는 거기 때문에. 우리도 CT의 방사선 조사량이 일정량이 정해져 있죠. 그런 것처럼 여러 가지 안전 규정이나 이런 것도 굉장히 중요합니다. 그러면 차폐도 잘 해야 되고요. 당연하겠지만. 이런 것들에 대해서 한 번에 살펴볼 수가 있게 됐죠.”
배터리 생산 수율을 높이는 마법의 지팡이 콘퍼런스 : 7월 27일 웨비나 안내
전기차 시장이 급성장하고 있습니다. 그러나 교통사고나 충전 시 간헐적으로 발생하는 화재로 불안감도 적지 않습니다. 교통사고처럼 외부 충격으로 나타나는 화재는 어쩔 수 없는 일이지만, 충전이나 주행중에 문제가 생길 수도 있습니다. 이는 전기차는 물론 배터리 업계에 상당한 부담입니다. 배터리 화재는 정확한 원인을 알아내기 어렵습니다. 사고가 나면 배터리 셀이 완전히 타버리고, 원인 파악을 위해 분해를 하는 순간 분리막이 손상됩니다. 과거 정부에서 에너지저장장치(ESS) 화재 사고의 원인을 섣불리 배터리로 지목한 것도 분리막 손상이 결정적이었습니다. 분리막은 배터리 충‧방전 과정에서 자연스럽게 열화(劣化)가 나타나기 때문입니다. 배터리 생산 안정화도 과제입니다. 전 세계 배터리 업체들이 공격적으로 투자에 나서고 있으나 수율은 그다지 높지 않다는 게 업계 전문가들의 공통된 평가입니다. 수율이 낮으면 그만큼 불량이 많이 발생하고, 손익분기점 달성이 어렵습니다. 이런 문제를 해결하기 위해 주요 배터리 업체들은 검사‧진단 기술에 적극적으로 투자하고 있습니다. 국내 배터리 업계 1위는 LG에너지솔루션은 얼마전부터 검사장비 TF를 구성, 배터리 수율과 안정성 확보에 나선 상황입니다. SK온도 신형 검사장비를 미국 조지아 공장부터 적용하기 시작했습니다. ESS 화재 이후 검사장비의 양과 질을 늘린 삼성SDI는 이 업계 선구자로 꼽힙니다. 유망사업으로 꼽히는 폐배터리 재활용에서도 검사장비는 필수적입니다. 배터리 상태를 정확하고 빠르게 진단해야 합니다. 배터리를 완전히 방전시키는 기술이 핵심입니다. 배터리 생산과 마찬가지로 수율이 제대로 나와야 사업성이 높습니다. 배터리 검사‧진단은 비파괴 방식을 주로 사용합니다. 비전, 엑스레이가 대표적입니다. 많은 양의 영상 데이터를 처리할 수 있는 인공지능(AI)과 알고리즘 기술이 뒷받침되어야 합니다. 배터리 셀뿐 아니라 모듈과 팩 단위에서의 검사‧진단 기술도 중요합니다. 배터리는 사용 분야에 따라 사양이 제각각입니다. 전기자전거와 전기차용 모듈‧팩 장비에 차이가 있을 수밖에 없습니다. 배터리 셀 숫자뿐 아니라 전압과 용량 등이 모두 다릅니다.검사‧진단 기술로 배터리 시장의 가치를 높이고 차별화를 꾀할 수 있는 기회를 마련하시기 바랍니다. 전자부품 전문 미디어 디일렉이 기획 주관한 차별화된 콘퍼런스입니다. 새로운 정보로 새로운 사업 기회를 잡으시기 바랍니다. 많은 관심 부탁드립니다.
◆ 행사개요– 행사명 : 배터리 생산 수율을 높이는 마법의 지팡이 콘퍼런스
– 주최 및 주관 : 디일렉 / YELEC
– 일시 : 2022년 07월 27일(수) 13:30~17:30
– 장소 : 디일렉 5층 콘퍼런스 룸(서울시 강남구 논현로 515 아승빌딩, 5층)
– 참가비용 : 220,000원(부가세 포함)
– 규모 : 선착순 50명
| 시간 | 주제 | 연사 |
| 13:30~14:00 | 차세대 배터리 외관 검사장비 | 트윔 이봉섭 상무 |
| 14:00~14:30 | AI활용 초고속 배터리 검사장비 | 자비스 민병석 CTO |
| 14:30~15:00 | EV Battery Inspection by Deeplearning | 코그넥스코리아 김민수 전무 |
| 15:00~15:30 | 배터리팩 & BMS 전기적 성능 검사 | 미섬시스텍 구봉준 연구소장 |
| 15:30~15:50 | Coffee Break | |
| 15:50~16:20 | 배터리 안전을 위한 비파괴검사 분석 솔루션 | 베이커휴즈코리아 이승철 상무 |
| 16:20~16:50 | 배터리 진단 및 재활용 장비 솔루션 | 하나기술 구태근 연구소장 |
| 16:50~17:20 | 주요 배터리 장비 수출국 안전규정 | 필츠코리아 최성호 이사 |