전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이

[Tech 스토리] 배터리 안전의 핵심 '분리막'

기사입력 : 2023년02월26일 07:19

최종수정 : 2023년02월26일 07:19

배터리 쇼트·이물질 막는 '프론트 맨' 역할
에너지 밀도 높이기 쉬운 습식 분리막 대세

기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 신수용 기자 = 전기차 화재로 배터리의 안전성 문제가 불거지며 이차전지의 안전을 책임지는 '분리막'에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 오늘은 분리막에 대해 알아보겠습니다.

◆ 분리막은 무엇인가

분리막 속 기공을 통해 리튬이온이 이동하는 모습. [사진=삼성SDI]

분리막은 양극재, 음극재, 전해질과 함께 이차전지인 리튬이온배터리를 구성하는 4대 핵심 요소입니다.

분리막 두께는 머리카락 굵기의 25분의 1에 불과한 4㎛(마이크로미터)에서 최대 25㎛지만, 이차전지 원가에 약 15%를 차지합니다.

정식 명칭은 리튬이온배터리 분리막(LiBS: Lithium-ion Battery Separator)입니다. 절연 소재로 이루어진 얇은 막으로, 양극과 음극이 서로 닿지 않으면서 리튬이온만 잘 지나다니도록 하는 것이 분리막 기술의 핵심입니다.

양극과 음극이 직접 접촉하면 단락(쇼트·합선) 현상이 발생할 수 있기 때문에, 배터리의 안전성을 위해 분리막이 꼭 필요합니다.

분리막은 양극과 음극의 직접적인 접촉은 차단하면서 0.01~1㎛(마이크로미터)의 미세한 기공(공기 구멍)으로 리튬이온만 통과시켜 전류를 발생시키는 역할을 합니다.

과전류가 흐를 경우에는 분리막의 기공이 닫히면서 리튬이온의 통로를 차단해 배터리가 더 이상 과열되지 않도록 보호하는 역할도 합니다.

또 분리막은 높은 기계적 강도를 지니고 있어 강한 힘을 받을 때 배터리 내부에서 발생하는 부산물이나 이물질들을 막아 안전성을 높이는 역할도 수행합니다.

◆ 건식분리막 vs 습식분리막

습식 분리막. [사진=LG에너지솔루션]

분리막은 주로 폴리에틸렌(Polyethylene·PE)과 폴리프로필렌(Polypropylene·PP) 등 절연 특성이 뛰어난 고분자 소재가 사용됩니다.

분리막은 제조 방식과 원재료에 따라 크게 건식과 습식으로 나눕니다.

PP와 PE, 기타 재료 등을 활용하는 건식 제조는 물리적인 연신(늘리는 공정)과 열처리 공정과 기계적인 힘으로 필름 원단을 당겨 기공을 만듭니다.

습식과 비교하면 초기 투자 비용이 덜 들고 유해 물질이 나오지 않아 비교적 친환경적이고, 제조공정도 간단하나 균일한 기공을 만들어 내는 기술 장벽이 높습니다. 이에 기공 크기가 불균일하고, 습식에 비해 기계적 강도도 약합니다.

건식은 주로 전기 버스에 사용됩니다. 습십보다 저렴하지만 두꺼워 에너지밀도를 높이기에 적합하지 않기 때문입니다.

습식 분리막은 건식에 비해 얇고 밀도가 높아 상용 전기차 대부분이 습식을 채택하는데 그만큼 고도의 기술이 요구됩니다. 유기용매 등 추가 재료가 필요하기에 단가 상승의 요소가 되기도 합니다.

습식 분리막 제조는 PE를 원재료로 고온·고압으로 납작하게 만드는 압출과 연신, 화학처리 등을 거칩니다. 압축된 PE 시트가 식으면서 서서히 굳어질 때 필름 틈에 채워져 있던 것들이 빠지면서 기공이 생깁니다.

고분자 소재와 저분자량의 왁스를 혼합해 고온에서 필름을 압출한 뒤, 용매(솔벤트)를 사용해서 왁스를 추출해 미세다공 구조를 형상하는 방식입니다. 

이 방식은 초기 투자비용이 많고 유해물질이 발생한다는 단점이 있지만, 제작이 간편하고 기공이 균일하다는 장점이 있습니다. 습식은 건식에 비해 상대적으로 가격은 높지만 얇아 에너지밀도를 높이기 좋습니다.

과거에는 분리막으로 필름 소재 하나만을 사용했지만, 최근에는 분리막의 성능을 강화하기 위해 다양한 소재와 방식으로 코팅해 사용하고 있습니다. 얇은 습식 분리막을 보완하려고 세라믹 코팅을 하는데, 안전성 강화 분리막(SRS 분리막) 같은 강화 분리막으로 불립니다.

국내에선 SK아이이테크놀로지(SKIET)와 더블유씨피(WCP)가 유일하게 습식 분리막을 생산하고 해외에선 일본의 아사히카세이, 도레이, 상해은첩 등이 진입해 있습니다.

LG화학과 도레이가 안정성 강화 분리막(SRS) 관련 특허를 일부 공동 보유 중입니다.

SNE리서치에 따르면 이차전지 분리막의 세계 시장 규모는 2021년 4조1000억원에서 2025년 11조원으로 연평균 28%가량 성장할 것으로 추정됩니다.

aaa22@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
[이재명의 사람들] 국정 로드맵 짤 이한주 [서울=뉴스핌] 윤채영 기자 = 이재명 정부의 5년 국정 로드맵을 짤 이한주 국정기획위원장은 이재명 대통령과 '30년지기'인 최측근 인사다. 이 원장과 이 대통령의 인연은 '성남'에서 시작됐다. 이 원장이 가천대 교수이던 시절 경기 성남시에서는 신도시 개발 문제, 광주대단지 사건 등 여러 문제가 터졌다. 두 사람은 시민운동에서 마음이 맞아 현재 인연으로 이어졌다. [서울=뉴스핌] 윤창빈 기자 = 이한주 국정기획위원장. 지난해 민주연구원장 시절 뉴스핌과의 인터뷰. 2024.06.11 pangbin@newspim.com 이 원장은 지난해 뉴스핌과 인터뷰에서 이 대통령과의 관계에 대해 상세히 털어놨다. 그는 "필요하면 서로 불러대고 하는 관계"라며 친밀함을 여과없이 드러냈다. 이 원장은 이 대통령이 성남시장이던 시절 모라토리엄(지불유예) 선언을 계기로 더욱 가까워졌다고 했다. 그는 "성남시에서 사회적 기업, 사회적 협동조합을 100개 이상 만드는 데도 같이 했고 기본소득의 원조라고 얘기할 수 있는 청년 기본소득도 성남에서 민선 5기, 6기를 거치면서 많은 사회 실험을 했다"고 전했다. 이 대통령이 2022년 대선에서 메인 정책으로 꺼낸 '기본소득'도 이 원장의 작품이다. 당시 대선 패배로 기본소득 정책은 다소 후퇴했지만, 대신 '기본사회'를 꺼내들었다. 이 대통령은 당대표이던 시절 당대표 직속 기본사회위원회를 구성해 인간이 먹고 사는 문제와 직결된 기본권 강화 등에 주력했다. 이번 대선에서도 기본사회 공약을 강조했으며, 대통령 직속의 기본사회위도 꾸릴 예정이다. 이처럼 '기본 시리즈'를 고안한 인물로 이 대통령의 꾸준한 신임을 얻고 있는 셈이다. 두터운 의리로 민주당의 공약 개발을 하는 민주연구원장에 이어 국정 밑그림을 그리는 국정기획위원장을 맡게 됐다고 볼 수 있다. 이 원장은 현 정부·여당이 전국민에게 25만원을 줄지 선별적으로 지급할지에 논의 중인 데 대해서도 지난해 뉴스핌과 인터뷰에서 입장을 밝힌 바 있다. 그는 "정부는 예산이 많이 들고, 선별적으로 줘야 한다는 인식이 있다. 정 그렇다고 한다면, 가난한 사람한테 더 주는 것을 나쁘다고 생각하지 않겠다"고 했다. 해당 발언은 당시 야당 입장에서였다.  이 원장은 선별 지급이 기본소득의 고유 이념에 대해서는 후퇴한 것이라고 했지만 "전국민 지급을 끝까지 우겨야 할 사안은 아니"라고 했다. 이 원장은 16일 출범하는 국정기획위원회에서 정부 조직개편과 국정과제를 정리하며 이재명 정부의 5개년 국정 밑그림을 약 50일간 짤 예정이다.  ▲1956년 서울 출생 ▲서울대학교 생물학 학사, 경제학 석·박사 ▲가천대 경제학과 교수 ▲경기연구원 원장 ▲민주연구원 원장 ▲2025년 대선 더불어민주당 선거대책위원회 정책본부장 ▲이재명 정부 국정기획위원장  ycy1486@newspim.com 2025-06-16 06:00
사진
국민의힘 신임 원내대표 송언석 [서울=뉴스핌] 신정인 기자 = 송언석 국민의힘 신임 원내대표는 16일 김용태 비상대책위원장이 제안한 5대 개혁안 당원 여론조사와 관련해 "종합적으로 고려해 혁신의 논의가 돼야 한다"고 했다. 송 원내대표는 이날 서울 여의도 국회 본관에서 '국민의힘 원내대표 선출 의원총회'가 끝난 뒤 기자들과 만나 "여러 의원들의 견해가 다르고 김 비대위원장 스스로 상임고문님들이랑 얘기할 때도 몇가지 부분은 곤란하단 의사 표현을 했다고 들었다"며 이같이 말했다. [서울=뉴스핌] 윤창빈 기자 = 송언석 국민의힘 신임 원내대표가 16일 오후 서울 여의도 국회에서 열린 2025 국민의힘 원내대표 선출 의원총회에서 당선 소감을 말하고 있다. 2025.06.16 pangbin@newspim.com 그는 당 혁신위원회 구성에 대해선 "아무래도 당을 사랑하는 마음이 일차적이고, 그런 점에서 특정 계파에 편향적으로 알려진 분들은 이번 인선에서 2차적으로 평가되지 않을까 한다"고 했다. 송 원내대표는 김 비대위원장의 임기 문제와 전당대회 시기를 묻는 질문엔 "조속히 정리해 특별한 반대가 없으면 (전당대회를) 조기에 개최할 수 있게 하겠다. 실무적 절차가 있어서 일정 시간이 필요하다"고 했다. 그러면서 "6월 말 이후에 어떻게 할 거냐는 문제가 발생할 건데 만약 비대위의 임기를 더 가져가야 할 일이 있으면 이헌승 전국위원장과 상의해서 하겠다"고 덧붙였다. 그는 윤석열 전 대통령의 파면에 대한 질문에는 "헌법 질서 속에 있었던 탄핵 결과에 승복하고 모든 것이 끝난 상태"라며 "잘못한 게 있으면 인정하고 반성 할 용의가 있고 그렇게 해왔다"고 했다. 송 원내대표는 같은날 선출 직후 연합뉴스TV와 인터뷰에서 '변화와 쇄신'을 강조했다. 그는 "변화와 쇄신을 통해서 앞으로 성장하도록, 미래에 갈 수 있도록 우리 당이 국민의 마음을 더 얻을 수 있도록 최선을 다하겠다"며 "서로 협상할 것은 협상하고, 또 투쟁할 것은 투쟁하면서 의원님들의 총의에 따르겠다"고 했다. 상법개정안과 관련해선 "주주 충실의무에 대해 다시 한번 논의가 필요하다"며 "김병기 더불어민주당 원내대표와 함께 상의하도록 하겠다"고 밝혔다. 김민석 국무총리자와 관련한 각종 의혹에 대해선 "국민들께 소상히 밝히는 게 먼저 우선순위로 해야 할 도리"라며 "김민석 후보자를 지명한 이재명 대통령도 지명 철회라든지 이런 부분에 대해서 미리 고민을 해 두시는 게 좋지 않겠나"라고 했다.  allpass@newspim.com 2025-06-16 17:10
안다쇼핑
Top으로 이동