K-배터리로 명명되는 국내 배터리 3사의 약진이 두드러지는 가운데, 전 세계 배터리 셀 1위 국가인 중국을 따라잡기 위한 업계의 대대적인 투자와 인력 확충이 진행되고 있다. 로봇 자동화 전문 기업 엑트엔지니어링(주) 최영수 대표이사는 이 같은 기조에 배터리 제조 공정에 특화된 스카라 로봇이 생산성 향상에 큰 도움을 줄 것이라고 제안했다.
시바우라기계의 다양한 스카라 로봇을 적용한 배터리 자동화 공정(사진. 엑트엔지니어링)
1. 배터리 시장 동향
최근 국내 3대 배터리 셀 제조사(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온)들이 연구·개발 및 인력 채용에 9,971억 원을 투입했다는 사실이 알려지면서 배터리 업계의 잰걸음이 지속될 것으로 예측되고 있다. 개별 투자 금액으로는 삼성SDI가 5,147억 원으로 가장 많았고, LG에너지솔루션(3,784억 원)과 SK온(1,040억 원)이 뒤를 이었다. 업계 관계자들은 국내 배터리 3사가 약 1조 원에 달하는 금액을 R&D와 인력에 투자한 것에 대해 전 세계 1위를 차지하고 있는 중국의 CATL을 따라잡기 위한 의지로 풀이했다.
SNE리서치가 발표한 보고서에 따르면 2022년 1월부터 6월까지 전 세계에 판매된 전기차(BEV, PHEV, HEV) 탑재 배터리 사용량 순위에서 중국의 CATL과 LG에너지솔루션이 각각 1, 2위를 유지했고, SK온은 국내 배터리 3사 중 가장 큰 성장세를 달성하면서 5위 자리를 수성했다.
올해 상반기에 세계 각국에 차량 등록된 전기차 배터리의 총 사용량은 203.4GWh로 전년 동기 대비 76.8% 상승했다. 2020년 3분기부터 시장 상승세가 이어지고 있으며, CATL, BYD를 필두로 다수의 업체들이 시장의 성장을 견인했다. 그중 CALB 등 Top10에 오른 중국계 업체들은 모두 세 자릿수의 고성장률을 달성했고, 반면 파나소닉을 포함한 일본계 업체들은 대부분 시장 평균에 못 미치는 성장률을 보이면서 하락세를 이어가고 있다.
국내 배터리 3사의 시장 점유율은 전년 동기 대비 34.9%에서 25.8%로 9.1%p 하락했으나 꾸준한 성장을 보이고 있다. LG에너지솔루션은 전년 동기 대비 6.9% 증가한 29.2GWh로 2위를 유지했고, SK온은 2.1배 급증한 13.2GWh를, 삼성SDJ는 50.6% 상승한 10.0GWh를 기록했다.
2. 배터리 제조 공정의 이해
배터리 생산 공정은 크게 전극 공정, 조립 공정, 화성 공정으로 구분된다. 양/음극 활물질을 기재에 도포하고 일정한 크기로 절단하는 전극 단계에서는 주로 혼합, 코팅, 압연, 시팅, 건조 등의 공정이 전개되고, 제작된 극판을 캔 또는 파우치에 넣어 전지 형태로 만드는 조립 단계에서는 권취(Winding), 적재, 조립, 전해액 주입, 밀봉 등의 과정이 진행된다. 마지막으로 화성단계에서는 에이징, 충·방전을 통해 전지 활성화, 불량품 선별, 전지 등급 부여 등의 작업이 실시된다.
3. 배터리 분야의 자동화
반도체, 디스플레이 장비 제조사들이 최근 배터리 제조 공정 분야로 활발하게 진출하고 있다. 근래 디스플레이 산업 분야의 투자가 위축되면서 발 빠르게 배터리 장비 제조 분야로 수주를 이어나간 장비 업체들은 여전히 바쁜 일정을 소화하고 있다.
배터리 공정에서도 로봇을 이용한 자동화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있는 공정들이 존재한다. 셀 조립이나 검사 등의 공정에서는 특히 로봇 자동화가 생산성 향상에 큰 도움을 줄 수 있다. 실제로 글로벌 로봇 제조사들 중에서는 이미 배터리 공정을 겨냥해 특화된 제품을 개발, 표준 라인업에 추가하는 기업들도 있다. 시바우라기계(舊도시바기계)의 경우 반도체 장비 제조 업계의 직접적인 니즈를 반영해 가반하중 20㎏, 암 리치 800/1,000㎜의 THE800/THE1000을 공개했고, 동일 가반하중에 암 리치 1,200㎜를 달성하는 THE1200도 출시를 앞두고 있다. 짧은 암 리치를 라인업에 포함하는 다른 시리즈와 달리 해당 기종은 배터리 제조 장비 레이아웃에 최적화된 800㎜ 이상의 암 리치를 기본으로 하며, 배터리 셀뿐만 아니라 모듈, 팩까지 핸들링할 수 있는 20㎏의 가반하중을 구현했다. 전 세계에서 선두그룹을 형성하고 있는 중국 배터리 셀 제조사들의 경우 공정 택 타임을 단축시키기 위해 상당히 많은 부분에서 스카라 로봇을 적용하고 있는 추세인데, THE시리즈는 배터리 장비에 특화된 규격을 실현함으로써 이 시장에서 풍부한 레퍼런스를 확보하고 있다.
THE800으로 배터리 팩을 핸들링하는 데모 시스템. 엑트엔지니어링은 오는 8월 31일(수)부터 9월 3일(토)까지 킨텍스에서 열리는 'K-배터리 2022' 현장에서 THE시리즈를 이용한 배터리 핸들링 데모를 직접 선보일 계획이다.
국내에서는 아직까지 직교로봇을 적용하는 비중이 높은 것으로 예측되는데, 이는 초기 스마트폰 제조 및 디스플레이 검사 분야의 공정 발전상과 유사한 형태로, 전 세계에서 ‘K-배터리’가 시장을 석권하기 위해서는 해당 산업들처럼 스카라 로봇으로의 전환을 통한 택 타임 단축, 공정 유연성 확보 등과 같은 노력이 필수적이다.
시바우라기계의 국내 시스템 파트너사인 엑트엔지니어링(주)의 경우 글로벌 배터리 공정 분야에서 레퍼런스를 보유하고 있는 THE시리즈와 공정 신뢰성을 높일 수 있는 슝크의 그리핑 솔루션, 그리고 배터리 제조 장비에 필수적으로 요구되는 서보모터 및 서보드라이브를 모두 라인업으로 갖춤으로써 이 시장의 고객들에게 보다 효과적인 솔루션을 제안하고 있다. 특히 8월 31일(수)부터 9월 3일(토)까지 열린 2022 이차전지 소재·부품 및 장비전(K-BATTERY SHOW 2022)을 통해 스카라 로봇을 이용한 배터리 공정 자동화 데모를 직접 선보임으로써 배터리 제조 공정에 특화된 로봇과 그리핑 솔루션의 강점을 보여줄 예정으로, 해당 데모 시스템은 엑트엔지니어링이 일본 시바우라기계 본사에서 직접 공수해 국내에는 최초로 선보인다.
필자
엑트엔지니어링(주) 최영수 대표이사
