황화물계 전고체전지 공정 변화

- 양극재: 1) 고체전해질과 믹싱, 2) 습식 공정 → 건식 공정

- 음극재: 1) 흑연 음극재 코팅 → 리튬금속/중간층 제조

- 추가되는 공정: WIP(Warm Istactic Press: 정수압 장비)

- 제거/단순화되는 공정: 1) 건조, 2) 분리막 스태킹, 3) 전해액 주입, 4) 화성

WIP : 필수 공정이지만 대량 양산 방법 찾아야

- WIP(정수압)은 전극을 형성한 이후 전극 x 고체전해질 사이 접촉계면 극대화 및 계면저항을 최소화하기 위한 고온/고압 공정이다. 

- 100Mpa 이상의 압력에서 고체전해질이 효과적으로 소결될 수 있으며, 이는 지구에서 가장 수심이 깊은 마리아나 해구에 버금가는 압력이다. 

- 삼성SDI는 400~600MPa의 압력을 가하는 것으로 알려졌다. 물을 이용하여 압력을 가하기 때문에 조립체의 밀봉이 필요하다. 

- 다만, 해당 방식은 조립체 하나를 처리하는데 30분 의 시간이 걸리기 때문에 대량 양산에 걸림돌로 작용한다. 

- 반면, 다른 가압 장비인 롤프레싱은 처리 속도는 빠르지만, WIP와 같이 전방향 일정한 압력을 가하기 어려운 단점을 지니고 있다. 

- 국내에서 WIP 장비는 일신오토클레이브(비상장)와 하나기술이 개발하고 있다.

리튬금속층 제조

- 흑연음극재 대신 리튬금속을 음극으로 사용하는 경우 별도의 리튬 Foil을 제조해야 한다. 

- 리튬 Foil이 없으면, 충방전 중 성질이 다른 리튬과 음극 집전체(동박, 니켈박, SUS 등)가 만나 덴드라이트 현상이 발생하고 리튬금속층이 불균일하게 형성되기 때문이다. 

- 그러나 리튬 Foil은 반응성이 커 공기 중 다루기 힘들며, 고가의 리튬 Foil 원가가 추가 되는 단점이 있다.

- 삼성SDI가 채택한 무음극은 상대적으로 용이하다. 

- 리튬 Foil 대신 Ag-C층을 음극 집전체 위에 배치하는 방식이다. 

- Ag-C층이 덴드라이트 형성을 억제해 주며, 리튬금속이 집전체 위에 균일하게 형성될 수 있게한다. 

- 다만, 이 또한 비싼 Ag의 원가가 추가된다는 부담은 있다.

전해액 주입 없어지고, 화성공정 단순화

- 전고체전지에는 전해액 주입이 필요없고, 화성 공정을 단축할 수 있어서 비용/에너지 절감에 용이하다. 

- 각 공정은 리튬이온 전지 제조 비용의 5~10%, 8~25%를 차지하는 것으로 알려졌다. 

- 화성공정은 충방전을 반복하여 음극재 표면에 SEI 층을 형성시키는 공정이다. 

- 그러나 전고체전지에서는 전해질을 사전에 혼합하여 전해액 주입 공정이 불필요하고, 

- 이미 고체전해질은 리튬과 안정적 상태을 이루고 있기 때문에 오랜 시간의 화성공정이 필요없다