아반떼값 테슬라가 온다

Chapter 1. 나의 생각

반값 배터리는 아직 증명되지 않았다

배터리 전극을 만드는 방식은 크게 습식과 건식으로 나뉜다. 습식은 활물질과 도전재, 바인더를 액체 용매에 섞어 금속 포일에 바른 뒤 오븐에서 말리는 방식이다. 반면 건식은 용매 없이 마른 분말을 섞고 눌러 전극을 만든다. 지금까지 배터리 산업의 표준은 압도적으로 습식이었다.

그런데 테슬라가 큰 변화를 일으키고 있다. 기존의 습식공정을 버리고 건식공정으로 가고 있고, 가장 어려운 양극까지 건식으로 전환해서 배터리를 생산하기 시작했다. 건식이니 습식이니 어려운 이야기는 남겨두고, 잘 생각해보자.

“왜 머스크는 이미 잘 굴러가는 공정을 왜 굳이 버리려 할까?”

전기차 대중화의 마지막 벽은 주행거리보다 가격이기 때문이다. 주행거리는 이미 어느 정도 소비자가 납득할 수준까지 올라왔다. 충전 인프라도 느리지만 개선되고 있다. 하지만 가격은 여전히 어렵다. 전기차가 내연기관차와 정면으로 경쟁하려면 배터리 원가가 더 내려가야 한다. 그리고 그 원가 절감은 단순히 소재 구매 계약만으로는 부족하다. 배터리 제조 공정이 바뀌어야 한다.

Chapter 2. 배경 및 원리

NMP를 없앤다

NMP는 배터리 양극 습식 공정에서 매우 유용한 물질이다. PVDF 바인더를 잘 녹이고, 활물질과 도전재를 슬러리 안에 균일하게 분산시키며, 금속 포일 위에 매끄러운 코팅층을 만들 수 있게 해준다. 연구실에서 슬러리를 만들어 본 사람이라면 NMP가 얼마나 편한 용매인지 안다.

하지만 공장 관점에서 보면 NMP는 무거운 물질이다.

습식 공정은 활물질과 도전재, 바인더를 NMP 같은 용매에 풀어 슬러리로 만든다. 용매가 분말의 분산과 코팅을 도와주기 때문에 대면적 전극을 균일하게 만들기 쉽다. 대신 코팅이 끝난 뒤에는 긴 건조 오븐에서 NMP를 증발시키고, 이를 다시 회수·정제해야 한다. 그래서 공장이 길고, 에너지 소비와 설비투자도 커진다.

건식 공정은 이 용매와 건조·회수 공정을 없앤다. 하지만 용매가 하던 역할까지 함께 사라진다. 마른 분말을 균일하게 섞어야 하고, PTFE 바인더를 전단력으로 피브릴화해 입자들을 섬유망처럼 묶어야 한다. 이후 롤 압연으로 두께와 기공률, 접착력을 동시에 맞춰야 한다. 분산이 조금만 흔들리면 전극 저항이 달라지고, 피브릴화가 부족하면 필름이 찢어진다. 압력이 과하면 양극 활물질 입자가 깨질 수 있다.

Chapter 3. 결과

테슬라의 공정 해법

최근 테슬라가 발표한 복잡한 특허 문장을 한 문장으로 풀면 이렇다. 테슬라는 젖은 풀로 전극을 붙이는 방식에서, 마른 가루를 실로 엮어 전극 종이처럼 만드는 방식으로 넘어가려 한다.

테슬라의 공정은 믹서의 세기를 올리는 기술이 아니라 무엇은 건드리고, 무엇은 건드리지 않을지 정하는 기술이라고만 이해해도 된다.

중요한 건 “우리 테슬라가 건식으로 바뀌었어요~”가 아니다. “테슬라는 액체가 해주던 일을 기계가 대신하게 만들려 하는데요. 용매가 해주던 분산은 혼합 순서와 전단 제어로 대신하고, 건조가 해주던 전극 형성은 PTFE 피브릴화와 롤 압연으로 대신해줘요.”가 핵심이다.

이것이 성공하면 건식 4680은 단순한 배터리 셀 변화가 아니라 공장 구조의 변화가 된다. 하지만 실패하면 건조 오븐을 없앤 대신, 더 예민한 분말 공정을 떠안은 셈이 된다.

따라서 테슬라의 공정 해법을 정리하면, “적은 바인더로 더 넓게 붙잡고, 낮은 전단으로 양극 입자를 보호하고, 롤 압연으로 전극을 종이처럼 만든다!”로 볼 수 있다.

이 세 가지가 맞물리기에 테슬라의 완전 건식 4680가 바로 공정의 혁신인 것이다.