‘전고체’부터 ‘분쇄기’까지, 배터리 산업의 다양한 모습

[테크월드=양대규 기자] ‘스마트 에너지 위크(World Smart Energy Week) 2018’에는 33개국에서 온 1580개 기업의 전시 부스가 있었다. 이중 배터리 재팬은 재료부터 검사·장 비까지 배터리와 관련된 거의 모든 산업이 참가하는 전시회였다. 각 산업별 특징에 따라 2개 층의 전시장에 6개의 존으로 나눴다. 또한, 배터리 산업 강국인 한국, 중국, 대만, 독일 등 4개 국가의 특별관을 따로 구성했다.

EPNC는 전시회의 구성에 따라 소재·부품, 생산장비, 테스트 솔루션, 전지 완제품, BMS(Battery Management System) 분야로 분류해, 각각의 분야에서 주목할 기업들을 분석했다. ▲소재·부품에서는 전고체 배터리 재료 제작 솔루션을 만드는 프라이믹스(Primix) ▲생산장비에서는 독일의 프리미엄 분쇄 장비업체 네취(Netzsch) ▲테스트 솔루션에는 배터리 안정성 테스트와 인증 선도 기업 TUV 라인하드 ▲전지 완제품에는 삶에서 사용되는 다양한 배터리 솔루션을 선보인 후루카와 배터리(Furukawa Battery) ▲BMS에는 전 세계에서 가장 많은 BMS 솔루션을 공급하는 번스(Bourns) 를 각각 소개한다.

◇ 프라이믹스(PRIMIX), 전고체 배터리 생산 기술 독점적 보유

차세대 배터리 기술 중 ‘전고체 배터리(Solid State Battery)’는 상용화 가능성과 안전·안정성으로 가장 주목받는 기술이다. 전해질을 고체로 만들어 폭발 위험을 줄이고 배터리 성능을 지속적으로 유지하는 이 기술은 차세대 기술이지만, 배터리 재팬 2018에서 만나기는 쉽지 않았다.

프라이믹스(Primix) 는 배터리 재팬 2018에서도 보기 힘든 전고체 배터리 생산과 관련된 기업이었다. 프라이믹스는 이번 전시회를 통해 전고체 배터리 슬러리를 만드는 기술을 공개했다. 전시회에 참가한 오사카 지부 히로시 나카가와(Hiroshi Nakagawa) 지사장은 “프라이믹스의 믹싱(Mixing) 기술은 금속 미립자를 균일하게 분산할 수 있는 고급 기술”이라며, “이 기술을 통해 현재 연구 단계의 전고체 배터리 제조 솔루션을 공급하고 있다”고 말했다.

업체는 프라이믹스의 믹싱 기술이 최신의 전고체 배터리 제조에 사용되는 것은 90년 이상의 전통이 있기 때문이라고 설명했다. 1927년 크롬 도금 회사로 시작했으며, 1949년에는 화장품 교반 기술인 호모 믹스를 최초로 개발했다. 2005년 특수기화공업주식회사에서 프라이믹스로 사명을 변경하고, 최근에는 고베 아와지시마에 공장을 설립했다.

프라이믹스는 현재 대표적으로 화장품과 의학, 환경 관련 믹싱 기술 솔루션을 공급한다. 자동차 배터리 시장에서는 전고체 배터리 외에도 리튬이온배터리(LIB) 재료와 연료전지 믹싱 솔루션도 함께 공급하고 있다. 현재 프라이믹스는 토요타 미라이의 연료전지 생산에 필요한 믹싱 솔루션을 공급하고 있다.

◇ 네취(Netzsch), 배터리 성능을 높이는 장비 ‘분쇄기’

배터리의 효율성을 높이기 위해서는 재료가 얼마나 곱게 분쇄되는지가 중요하다. 고운 재료일수록 혼합시에 골고루 혼합되기 때문이다. 즉, 고효율 배터리를 생산하기 위해서는 분쇄기의 성능이 좋아야 한다는 것이다. 배터리 재팬에 참석한 네취코리아 권용진 차장은 “세계 최고의 배터리 생산 업체들은 모두 네취의 분쇄기를 사용한다”며, “네취는 140년이 넘는 유구한 역사로 신뢰받는 독일 전통 기술 기업”이라고 말했다.

현재 네취 분쇄기는 국내의 LG화학, 삼성SDI를 비롯해 중국의 BYD 등 글로벌 배터리 생산 업체에 공급되고 있다. 최근에는 중국 시장으 로도 판로 개척이 활발히 진행된다. 권용진 차장은 “네취 분쇄기의 가격이 높게 책정됐지만 중국에서도 고효율 배터리를 생산하는 기업은 네취 제품을 사용한다”고 설명했다. 

네취는 습식, 건식 분쇄와 혼합 설비 등 자동차, 전자산업 재료에 필요한 모든 장비를 생산하는 세계 유일의 기업이다. 이런 솔루션들을 통해 다양한 분야의 제품 입자를 보다 효율적으로 생산할 수 있게 한다. 배터리 재팬 2018에서는 네취의 대표적인 ▲믹싱과 습식 분쇄 장비 Agitator Bead Mill ▲건식 건식 분쇄 장비 Classifier Mill CSM과 Steam Jet Mill ▲믹싱과 분산 장비 Inline Disperser 등이 소개됐다.

권용진 차장은 “최근 중국산 분쇄기들이 저렴한 가격으로 시장에 공급된다. 낮은 효율의 배터리를 대량으로 생산하는 중국업체들은 대부분 저렴한 중국산 제품을 사용한다”며, “하지만 프리미엄급 고효율 배터리나 최신 기술 연구에는 네취의 제품만큼 안정적인 성능을 보이는 것이 없다. 네취는 세계 최고 수준의 기술 경쟁력을 바탕으로 고품질의 장비를 지속적으로 공급할 수 있다”고 밝혔다.

◇ TUV 라인란드(TÜV Rheinland), 테스팅 시장, 규모의 경제 선점 필요

배터리 용량의 집적화와 대형화에 따라, 배터리 폭발에 따른 우려 역시 커지고 있다. 이에 따라 배터리의 설계, 생산 과정상에서의 엄정한 테스트의 필요성 역시 증대되고 있다. 배터리 재팬 2018 에서 만난 배터리 안정성 테스트와 인증 분야의 선도 사업자인 TUV 라인란드의 일본 지사 엔지니어링과 세일즈 총괄 아키히사 야마모토(Akihisa Yamamoto)는 EV와 ESS 시장의 성장과 함께 배터리 테스트, 인증 분야도 급격한 변화를 겪고 있다고 말했다.

아키히사 야마모토 총괄은 “기존의 가정용 혹은 모바일에 비해 EV와 ESS용 배터리는 테스트의 복잡성과 정확도는 물론이고 실험설비의 대형화가 매우 중요하다. EV용 배터리의 경우 1m 단위가 기본 모듈 사이즈이고, 일부 제품의 경우는 100kg 이상의 무게가 나가기도 한다. 따라서 이에 대한 테스트와 인증을 실시하기 위해서는 연구소의 대형화와 복잡, 다양한 인프라의 확충이 요구되고 있다. 따라서 연구소 대형화에 따른 투자수익률(ROI) 회수가 관건이 되고 있다. 그러나 일반 로컬 테스트 인증 사업자의 경우는 이런 대형 설비를 투자할 여력도 충분치 않거니와 투자 후에도 이를 상회하는 수익을 거두는 것이 쉽지 않다”고 설명했다.

일반적으로 규모의 경제는 대형 인프라 투자를 요하는 설비 사업에 적용되는 효과로, 규모의 경제가 강력하게 작동한 시장은 일부 소수 사업자에 의해 시장이 재편된다. 배터리의 인증, 테스트 시장은 일반적으로 연구 인력을 중심으로 한 서비스 중심 사업이라고 간주됐으나, 설비 확보 등이 주요 역량으로 부상되며 규모의 경제 효과가 가속화되며 산업의 체질이 변화할 가능성이 대두되고 있는 것이다.

변화하는 산업 속성에 대비한 핵심 경쟁력을 묻자, 담당자는 “연구시설 대형화에 따른 ROI 향상을 위해서는, 완성차 업체(OEM) 등 지역별 대형 어카운트와의 긴밀한 네트워크 형성을 통한 세일즈 창출이 핵심이다. 그리고 두 번째로는 각기 다른 국가별 규제와 수요에 대한 정확한 이해를 바탕으로 한 올인원 테스트가 가능한 연구소 설비 확보와 운영이 관건이다. 다국적 기업들이 자주 인용하는 ‘Think Global, Act Local (세계적인 시각으로 현장에 맞는 활동을 해라)’에 딱 맞는 케이스다. 

TUV 라인란드는 약 150여 년에 가까운 기업 역사를 바탕 으로 현재 100여 개국에 진출해 있으며, 한국과 일본 시장 등에서도 약 40~50여 년 가까이 어카운트 관리를 수행한 경험이 있기에 향후 시장에서도 충분히 선도 경쟁력을 유지할 수 있을 것이라 자신한다”라고 답했다.

◇ 후루카와 배터리(Furukawa Battery), 배터리 산업 내 블루오션을 창출하라

후루카와 배터리는 1914년에 후루카와 일렉트로닉스의 배터리 사업부를 모체로 설립해 100년이 넘는 기업 역사를 자랑하고 있다. 오랜 기업 역사만큼 차별적 기술 경쟁력을 보유하고 있는데, 2003년 일본 최초의 소행성 탐사선인 하야부사에 탑재된 세계 최초의 우주 탐사선용 리튬 이온 배터리와 업계 평균 대비 30% 짧은 충전 시간과 2배 긴 라이프사이클을 자랑하는 오토모티브용 울트라 배터리 등이 그 대표적 예다.

후루카와의 가장 큰 차별적 경쟁력은 실질적 수요에 착안해 생활 속으로 파고 드는 “블루오션” 창출 역량이다. 후루카와 배터리가 개발한 마그복스(MgBox)는 2011년 동일본 대지진을 계기로 개발됐다. 재해 당시 배터리 방전의 문제로 구조를 요청할 휴대폰 등 통신 수단이 있었음에도 불구하고 안타깝게 유명을 달리한 희생자들을 되새기며 후루카와는 세계 최초로 마그네슘-공기 전지인 마그복스를 개발했다. 마그복스는 종이로 만들어진 전지 팩에 물이나 해수만 부으면 바로 발전이 가능한 비상용 전지로 스마트폰 20회 완충을 할 수 있다.

이밖에도 별도의 전원 공급 장치 없이 자판기 작동을 가능케 하는 자판기용 리튬 이온배터리가 있다. 해당 제품은 철도와 지하철 인프라가 발달된 일본의 특수성을 반영해 개발됐다. 후루카와 측의 시장 조사에 따르면 연간 일본 전체의 지하철 역사 중 약 20~30%는 내부 공사가 진행된다. 공사가 진행되는 동안 최초 전원 공급장치 근처에 설치된 자판기들은 작동을 중단할 수밖에 없다는 점에 착안, 후루카와는 10개의 전지 모듈로 구성된 자판기용 대형 전지를 개발했다. 해당 제품은 현장 테스트를 거쳐 일본철도공사(JR)를 대상으로 대량 수주에 성공했으며, 후루카와는 추후 지하철 역사 외 자판기 설치가 어려웠던 국립공원, 공연장, 캠핑장 등으로 사업 영역을 넓힐 계획이다.

향후 성장 전략에 대해 후루카와의 마케팅 총괄부장인 마사타카 히사노(Masataka Hisano) 는 “EV와 ESS 시장은 모두가 알고 집중하는 대형 시장이다. 이런 경쟁의 과열은 시장을 빠르게 레드오션으로 만들고 있다. 대형 시장에 서의 성공도 중요하지만, 고객들의 실제 삶 속에 숨어 있는 전지에 대한 니즈를 만들어 블루오션을 만들어 내는 것이야 말로 궁극의 성장 전략이고 믿고 있다” 고 말했다.

◇ 번스(Bourns), 기술력을 바탕으로 배터리의 안정과 안전을 책임진다

배터리의 용량이 커지면서 전력을 지속적으로 공급하는 안정성과 폭발의 위험을 낮춰주는 안전성이 중요해지고 있다. 이를 위한 솔루션인 BMS(Battery Management System)의 중요성이 커지고 있다. 배터리 재팬 2018에는 70년의 역사를 가진 미국의 번스(Bourns) 가 대표적인 BMS 솔루션 기업으로 참석했다.

번스 박재형 담당은 “번스는 1952년 세계 최초로 가변저항 기술 트리머를 개발했다”며, “BMS 솔루션과 관련된 많은 기업을 인수합병하면서 현재 가장 다양한 종류의 BMS 부품을 공급하는 기업으로 성장했다”고 설명했다. 실제로 번스는 파워 서플라이 부품을 비롯해 자동차 부품, 서페이스 마운트(Surface Mount) 파워 인덕터 등 40개의 사업 부문에서 수백 종의 전자 부품을 공급하고 있다.
배터리 재팬에서 번스는 바이메탈 기술로 전력 솔루션의 안전을 책임지는 미니브레이커라는 제품을 소개했다. 미니브레이커는 TCO(Thermal Cut-Off) 장치로 과열과 과전류를 보호 하는 장비다. 기존의 휴즈와 PTC는 사용량에 한도가 있지만 미니브레이커는 6000회 이상 사용할 수 있다. 또한, 정확성도 미니브 레이커만의 특징이다.

현재 노트북과 태블릿, 스마트폰의 배터리 셀을 보호하는 기술 대부분에서 미니브레이커를 사용하고 있다. 대표적으로 삼성SDI와 LG 화학, 미국 ATL, 일본 파나소닉, 무라타, 중국의 화웨이 등에서 해당 제품을 사용하고 있다.

박재형 담당은 “미니브레이커는 중국 등 해외 제조 업체가 쉽게 카피할 수 없는 부품”이 라며, “기술 집약적인 제품으로 번스는 이런 독창적인 제품들의 다양한 포트폴리오를 바탕으로 BMS 시장에서 통합 솔루션을 제공 하고 있다”고 설명했다.