* 건식코팅 도입은 2027년부터 가능할 것으로 보인다 

* 국내 주요 전극공정 업체들은 하이브리드 및 건식 코터 개발에 박차를 가하고 있으며 내년부터 하이브리드 코터에 대한 공급계약이 순차적으로 체결될 것으로 예상

* 배터리의 제조공정의 발전은 습식 코터에서 하이브리드 코터로, 더 나아가 건식 코터로 진화하고 있다. 

* 이 혁신적인 기술은 배터리 셀의 종류(LFP, NCM, 전고체 포함)에 관계없이 폭넓게 적용될 수 있다. 

* 건식코팅의 장점

- 유기용매를 사용하지 않아 친환경적

- 생산 에너지가 47% 감소

- 생산비용이 17% 감소하며 습식코팅대비 코터 비용이 14% 감소하고 전기 비용이 38% 감소하는 가격적 이점

- 높은 두께의 양극재 캐스팅이 가능하며, 바인더 사용량을 줄여 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 

- 내구성이 50% 향상되고 같은 부피 대비 용량이 20% 증가한다. 

전극공정

전체 장비 투자금액의 약 30% 차지. 양/음극 활물질을 각 전극의 집전판인 알루미늄과 동박에 도포하는 공정. 전극 공정은 Mixing > Coating > Pressing > Slitting > Drying 공정으로 세분화

1) 믹싱 공정: 양극과 음극을 만드는데 필요한 각종 원자재들을 계량하여 혼합하는 과정. 믹싱 공정에서 배터리 소재의 기초가 되는 활물질과 용매 등을 섞어 슬러리 제조(가루 형태의 활물질을 바인더, 도전재를 섞어 슬러리 형태로 만듦)

>> 관련 기업: 윤성에프앤씨, 티에스아이, 제일기공, Primix, INOUE MFG, Asada, 선도지능(리드차이나)

2) 코팅 공정: Slurry 형태의 양/음극 활물질을 극판인 알루미늄과 동박에 도포하는 공정. 이후 얇게 코팅된 전극들을 100도 이상의 오븐에서 건조

>> 관련 기업: 피엔티, 씨아이에스, 한화모멘텀, 히라노, 테크시드, 도레이, 리드차이나, 잉허과기 등

3) 압연 공정(롤 프레싱 공정): 두 개의 커다란 롤 사이로 전극을 통과시켜 일정하고 편평하게 펴주는 과정. 전극이 납작해질수록 에너지 밀도 상승. 전극 표면은 활물질과의 결합력이 향상되는 등 전지의 출력과 성능 개선

>> 관련 기업: 피엔티, 씨아이에스, 한화/기계

4) 슬리팅과 노칭 공정: 전극들을 슬리팅 공정에서 각 사이즈에 따라 세로 방향으로 자르며, 노칭 공정을 통해 전극을 가로로 재단하고, V자 홈과 양극(+), 음극(-) 탭을 만듦

>> 관련 기업체: 피엔티, 씨아이에스, 한화/기계, 디이엔티(노칭)

조립공정

전체 장비 투자금액의 약 17% 차지. 양극판과 음극판을 분리막과 함께 셀 형태로 조립해 전지 형태로 만들어주는 공정. 배터리 셀의 형태나 제조 업체의 기술에 따라 공정 상이. 전극판을 쌓는 방법에는 와인딩 방식(원통형, 각형 배터리)과 스태킹 방식(파우치형, 각형 배터리)으로 구분

1) 원통형: Winding(Jelly roll 제작) > Welding(한 곳만 용접) > 전해액 주입 > Welding(나머지 한 부분 용접)

2) 각형: Stacking (기존 Jelly roll 개선) > Can 내부 stack 위치 > Cap assembly Welding > 전해액 주입

3) 파우치: Stacking > Tab Welding > Pouch 내 셀 삽입 > Pouch sealing > 전해액 주입 > Vacuum sealing

>> 관련 기업: 필에너지(스태킹), 디에이테크놀로지(스태킹), 하나기술/엠플러스/톱텍(TW&PKG)

활성화공정

전체 장비 투자금액의 약 29% 차지. 충방전 공정 혹은 활성화 공정이라고도 불리며 배터리 셀에 전기적 특성을 부여해 활성화시키고 전지의 안정화 작업 진행. 이 과정은 에이징과 충/방전을 반복하면서 진행

1. 충전과 방전: 전기 에너지의 특성 부여를 위해 배터리를 충전하고, 방전하는 단계 진행

2. 에이징: 주입된 전해액이 배터리의 양극과 음극에 잘 스며들 수 있도록 30분~3시간 가량을 상온에서 보관. 일정 온도와 습도에서 배터리를 보관하는 과정. 전해액이 배터리 내부에 고르게 분산되어 배터리의 양극과 음극 간에 이온의 이동이 원활할 수 있도록 하기 위한 공정

3. 디개싱(파우치 해당): 충/방전 및 에이징 공정 시 가스가 배터리 내부에 발생. 가스를 없애기 위해 디개싱 공정 가동

*활성화 공정의 진행 순서는 제조사마다 상이

>> 관련 기업: 원익피앤이, 에이프로, 갑진, 항커, 엔에스(디개싱)

전체 장비 투자금액의 약 24% 차지. 활성화 공정 마무리 시 검사장비를 통해 배터리의 불량을 선별화는 과정 필요. 배터리 화재 리스크가 존재하기 때문에 최근 검사장비에 대한 중요성 확대

>> 관련 기업: 엔시스(검사), 브이원텍(검사) 이노메트리(X-ray), 코윈테크(자동화), SFA(자동화)

대규모 장비 발주

- 6월부터 본격적인 대규모 발주. 올해 장비 발주 규모는 324Gwh(+110% yoy)로 추정

- LGES : 3Q23 스탤란티스 45Gwh, 미시건 GM3 45Gwh, 자체 미시건 20Gwh 발주 추정

- SKON : 2Q23 서산 라인 개조 및 5Gwh 증설, 3Q23 BOKS 2차 43Gwh 발주 추정 

- 삼성SDI : 2H23 온타리오 16Gwh, 1H23 온타리오 16Gwh 순차적으로 발주 추정

- 해외업체 : 3Q23 Verkor 16Gwh, 노스볼트 20Gwh 등 해외 업체들 라인 발주 시작 

최신 기술 트렌드

- 현재 생산 공정 단에서 가장 중요한 공정은 자동화 공정. 셀 업체들의 해외 진출이 가속화되면서 스마트 팩토리 구축으로 현지 숙련공 인력 부족과 인건비 해결이 가장 큰 과제

- 공정 장비까지도장비 업체들은 셀 업체와 자동화 도입을 위한 협업 및 개발 단계

- 파일럿 양산급 연속성 믹서가 올해 발주 이후 테스트 돌입. 건식 코터는 아직 개발 단계

* 피엔티 - 올해 실적은 상저하고 2H23부터 매출 인식 구간 돌입하며 24년에는 높은 성장성 기대

* 씨아이에스 - 1분기 영업적자는 일부 환차손 영향과 수익성이 낮은 라인 개조 프로젝트 매출 인식 때문

* 하나기술 - 1분기 실적은 상저하고, 수주도 상저하고 

* 코윈테크 - 매출원가율이 떨어져 영업 마진 개선 

* 디이엔티 - 매출원가율이 떨어져 영업 마진 개선

- 믹싱은 NCM 계열과 LFP 계열의 차이로 중국과 한국이 세분화되어 있어서 진입하기 어렵다.

- 코터는 생산 폭이 넓은 장폭을 생산하는 한국과 일본업체가 우위에 있다.

- 양극 레이저 노칭과 같은 신규 개발은 3년정도의 기술적인 격차를 유지할 수 있다.

- 100% 완전 자동화를 위한 자동화 공정도 우위를 가져갈 것으로 판단한다.

- 중국 업체와의 기술적 격차가 좁혀지고 있다.

- 중국 업체인 항커(688006 CH)는 작년에 국내 셀 업체 발주 물량을 많이 가져 갔었다. 항커는 활성화 공정을 주로 영위하고 있으며, 주요 제품 군은 Formation과 Pre-Formation 장비를 생산하고 있다

국내 장비 업체들의 수요는 확고하다. 국내 셀 3사의 글로벌 입지가 강화되고 있기 때문이다. 국내셀 업체들에게 JV의 러브콜이 계속된다. IRA로 인해 중국 배터리 업체들의 진입도 제한적이다. 고금리 매크로 환경에서 배터리 수요와는 상반되게 신규 업체들의 진출이 굉장히 제약적이다. 따라서 한국 장비 업체들은 국내 전방 산업의 생산 능력 상향 조정에 수혜를 누릴 것이다.

2024~2026년에도 대규모 발주가 지속된다. 국내 셀 3사의 높은 글로벌 입지로 대규모 JV가 설립될 것이기 때문이다. 합종연횡 [LGES-현대차, Ford 등], [SKON-현대차], [삼성SDI-GM, BMW]이 지속적으로 기대된다. 2023년 비딩 중인 JV 물량은 2026년 생산 능력 상향 조정으로 이어질 것이다. 2024년부터 살아남은 유럽 신규 셀 업체들의 양산 라인 발주가 본격적으로 시작되며 예기치 않는 해외 업체들의 발주도 한국 업체의 수혜로 이어질 것이다.

국내 배터리 장비업체들은 전방 산업의 수혜를 누릴 것이다. 생산 노하우를 보유한 국내 셀 3사 글로벌 입지는 강화되고 있기 때문이다. K-장비를 통해서 미국에서 배터리가 생산될 것이다. 이미 국내 셀 3사는 한국 장비 업체들과의 밸류체인을 구성했고 관계는 지속될 전망이다.

왜 신규 업체들이 살아남기 힘든가? 노하우와 생산 수율이 마진에 밀접한 비즈니스이다. 100개가넘는 장비들을 동시 가동으로 생산 수율 90% 이상을 유지한다는 것은 어렵다. 라인 구축 이후 생산 수율을 80 ~ 90%까지 높이는게 통상적으로 2~3년이 소요된다. 이러한 수준에 미치지 못하면 배터리 셀 업체는 이윤을 창출하기 어렵다. LG엔솔은 스마트 팩토리를 도입해 노동집약도를 지금보다 75% 낮추고, 공장이 안정화되면 최종 수율을 +5%p 올려 90% 중후반까지 높이겠다는 계획을 발표했다. 국내 셀 3사는 선제적인 포지션에서 수혜를 누릴 것이다.

영국의 브리티시 볼트의 파산 신청도 기존 셀 업체들의 입지 강화를 시사한다. 유럽에서도 자체 배터리부터 리사이클링까지 ESG 생태계로 많은 신규 업체들이 생겨났었다. 하지만 유럽 신규 셀 업체들의 투자 지연이 된 이유는 생산 수율에 대한 의구심이다. 라인 구동을 해보지 않은 신규 업체들이 높은 수율로 배터리를 생산하는 시기는 늦어질 것이며 그에 따른 높은 마진 도달까지 제한적이기 때문이다.

전극 공정은 2차전지 핵심소재(양극판, 음극판)를 직접 만드는 공정이다. 양극/음극 활물질을 혼합 및 슬러리 형태로 제조하는 ‘믹싱 공정’을 시작으로 코터기(코팅기계)를 통해 양극/음극 슬러리를 얇게 도포하는 ‘코팅 공정’을 거친다. 그리고 배터리 에너지 밀도/전극을 결정하는 ‘롤프레싱(압연) 공정’으로 이어진다. 이후 얇게 펴진 전극을 배터리 크기에 맞게 절단하는 ‘슬리팅 공정’을 마지막으로 전극 공정은 끝나게 된다.

1) 믹싱 장비: 가장 먼저 사용되는 공정으로서 양극/음극의 활물질에 바인더, 용매, 도전재를 섞어 중간재인 슬러리를 만드는 과정이다. 각 물질의 배합과 비율이 중요하여 높은 기술력이 요구된다. 믹싱공정의 대표적인 기업으로는 티에스아이, 윤성에프앤씨가 있다.

2) 코팅 & 압연 장비: 코터기를 통해 양극/음극 슬러리를 알루미늄, 구리에 얇게 코팅하는 과정이다. 압연공정은 활물질, 도전제, 용매, 바인더가 섞인 슬러리에 압력을 가해 전극의 밀도를 결정한다. 배터리의 성능과 수명을 결정짓는 중요한 공정이다.

3) 슬리팅 장비: 슬리터를 통해 극판을 배터리 규격에 맞게 전극 폭을 자르는 공정이다. 슬리팅 공정이 끝나면 극판에 이물질이 들어가는 것을 방지하기 위해 드라이 공정이 진행된다. 대표적인 코팅/압연/스리팅 장비업체로는 씨아이에스와 피엔티가 있다

조립 공정은 단판/극판 형태로 자르는 ‘노칭 공정’, 노칭된 극판을 분리막과 합치는 ‘스태킹 공정’으로 구분된다. 이후 적층된 극판으로부터 흘러나오는 전류를 모아 탭에 용접하는 ‘탭 웰딩 공정’과 전해액을 주입하여 밀봉하는 ‘패키징 공정’을 통해 완성된다.

1) 노칭 장비: 노칭공정은 양극/음극 활물질이 코팅되지 않은 탭 부분을 제외한 나머지를 칼날 또는 레이저 장비로 자르는 공정이다. 최근 레이저 장비를 통해 절단하는 신기술로의 전환이 기대된다.

2) 스태킹 장비: 양극재와 음극재를 분리막과 겹겹이 쌓아 올리는 과정이다. 배터리 공정별로 라미네이션, 스태킹, Z-스태킹 방식이 존재한다. 각 고객사별로 채택 방식이 다르며 최근 와인딩 방식에서 스택앤폴딩 방식 등 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다.

3) 탭웰딩 & 패키징 장비: 탭 웰딩은 적층된 극판으로부터 나오는 전류를 한 곳으로 모아 탭에 용접시키는 역할이다. 패키징은 전지에 맞게 모양을 형성한 이후 전해액을 주입하고 밀봉하는 장비이다.

관련 업체는 유일에너테크(노칭, 스태킹), 디이엔티/피엔티(노칭), 필옵틱스(스태킹), 엠플러스와 하나기술(탭 웰딩, 패키징)가 있다.

화성(활성화) 공정의 핵심은 셀을 활성화하고 전지적 기능을 수행하도록 한다. 전해액이 주입된 밀봉된 배터리 셀에 충방전의 과정을 통해 배터리를 활성화, 에이징과 디개싱 과정을 거쳐 안정화한다. 이후 검사과정을 거쳐 배터리의 각종 성능/수명 테스트를 진행하면서 2차전지의 전체 공정이 마무리된다.

1) 활성화/에이징/디게싱 장비: 조립공정 마지막에서 투입된 전해질이 양극/음극에 잘스며들 수 있도록 일정 조건에서 배터리를 보관하는 과정인 ‘에이징’ 이후 충방전을 반복한다. 충방전을 반복한 파우치형 배터리에서는 발생한 내부 가스를 빼주기 위해 ‘디개싱’과정이 추가로 필요, 해당 과정을 두 차례정도 반복한다.

2) 기타(검사 및 자동화 장비): 활성화 공정을 마무리하게되면 검사장비를 통해 배터리의 불량을 선별하는 과정이 필요하다. 2차전지는 양극과 음극의 쇼트로 배터리 화재 리스크가 존재하기 때문에 최근 검사장비에 대한 중요성이 확대되고 있다. 국내 관련 업체는 에이프로(화성공정), 원익피앤이(화성공정), 에스에프에이(검사, 자동화), 엔시스(2.5D 검사), 이노메트리(X-Ray 검사), 코윈테크(자동화)이다.