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이차전지 제조장비, 차세대 기술로 2030년 50조 원 시장 전망

한·중·일 3국 주도 속 정책적 지원과 기술 혁신 요구

이차전지 제조장비, 차세대 기술로 2030년 50조 원 시장 전망 - 산업종합저널 에너지

이차전지 제조장비 산업이 2030년까지 50조 원 규모로 성장할 것이라는 전망이 제기됐다. 특히 건식 전극 공정과 전고체 배터리가 차세대 핵심 기술로 주목받으며, 관련 기술 개발과 글로벌 시장 주도권 확보를 위한 정책적 지원이 요구된다.

한국기계연구원(이하 기계연)은 최근 발간한 ‘기계기술정책’ 제117호에서 이차전지 제조장비 산업의 동향과 차세대 기술 전망을 분석하며, 산업 경쟁력을 강화하기 위한 전략적 대응의 중요성을 강조했다.

이차전지 제조장비 산업, 빠른 성장세
이차전지는 모바일 기기, 전기차, 로봇, 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 산업의 핵심 전력 공급원으로 자리 잡았다. 온실가스 감축 노력과 전기차 보급 확산에 따라 이차전지 수요가 꾸준히 증가하고 있으며, 이에 따른 제조장비 시장 역시 빠르게 성장하고 있다.

글로벌 이차전지 제조장비 시장은 2022년 14.5조 원에서 2023년 17조 원으로 성장했으며, 2030년에는 약 50조 원에 이를 것으로 전망된다. 연평균 14%의 높은 성장률을 기록할 것으로 보이며, 대한민국, 중국, 일본이 시장의 90% 이상을 점유하며 선도적인 역할을 하고 있다.

이차전지 제조는 △전극 공정 △조립 공정 △활성화 공정으로 나뉘며, 각 공정은 고도의 기술력을 요구한다. 전극 공정에서는 코팅 장비가 핵심적 역할을 하며, 조립 공정에서는 와인딩 및 스태킹 장비가 중요하다. 활성화 공정에서는 충방전 시스템과 AI 검사 장비가 주목받으며, 디지털 전환과 스마트 팩토리 구축이 산업 내 주요 과제로 떠오르고 있다.

차세대 기술_건식 전극 공정과 전고체 배터리
보고서에 따르면, 건식 전극 공정과 전고체 배터리가 차세대 핵심 기술로 부상하고 있다.
건식 전극 공정은 전극 제조 시 슬러리(액체 형태) 대신 건조 분말을 사용하는 방식으로, 공정을 단순화하고 에너지 소비를 줄이는 혁신적인 기술이다. 이 기술은 전고체 배터리 제조에도 적용 가능해 주목받고 있다.

전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 전해질을 고체로 대체한 차세대 배터리로, 높은 에너지 밀도와 안정성을 바탕으로 기존 배터리의 한계를 극복할 기술로 평가된다. 삼성SDI는 전고체 배터리 시제품 생산에 성공했으며, 관련 장비 기업들은 전고체 배터리 제조를 위한 핵심 장비 개발에 박차를 가하고 있다.

이차전지 제조 공정의 주요 기술과 구성요소
이차전지 제조는 네 가지 공정으로 구성된다. 특히 전극 공정은 배터리의 핵심인 양극과 음극을 제조하는 단계로, 배터리 성능과 품질에 중요한 영향을 미친다.

이차전지 제조장비, 차세대 기술로 2030년 50조 원 시장 전망 - 산업종합저널 에너지

믹싱 공정은 전극 물질을 혼합해 슬러리를 만드는 단계로, 균일한 혼합과 정밀 계량이 중요하다. 코팅 공정 역시 슬러리를 집전체에 코팅하고 건조하는 단계로, Roll-to-Roll 장비와 Slot Die 코팅 기술이 핵심이다. LG에너지솔루션은 두 종류의 전극 슬러리를 동시에 코팅하는 방식을 통해 성능을 강화하고 있다.

전극의 구성요소로는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질이 있으며, 각각의 특성에 따라 배터리 성능이 결정된다.

양극재는 리튬이온전지 비용의 30~50%를 차지하며, 배터리 성능에 결정적인 영향을 미친다. 음극재는 리튬이온을 저장·방출하며 배터리 용량을 좌우한다. 주로 흑연이 사용되며, 고용량 음극재 개발이 지속되고 있다. 분리막은 양극과 음극을 분리하며, 배터리의 안전성과 열 안정성 확보에 필수적이다. 전해질은 이온 이동을 돕는 역할로, 이온전도도와 안전성이 배터리 성능에 직결된다.

전고체 배터리의 부상
전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리 대비 안정성과 에너지 밀도가 높다. 전해질을 액체 대신 고체로 대체함으로써 화재 위험을 줄이고, 케이스 냉각장치를 단순화해 공간 활용도를 높일 수 있다.

다만, 고체 전해질의 이온전도도가 낮아 출력 및 충전 특성이 저하될 가능성이 있어, 황화물계 고체 전해질 등이 유력한 대안으로 연구되고 있다. 전고체 배터리 양산 과정에서는 기존 공정의 변화를 요구하며, 관련 제조장비의 수요가 증가할 전망이다.

정책적 대응과 글로벌 동향
한국과 중국, 일본은 각각의 정책을 통해 이차전지 제조장비 산업을 지원하고 있다.
일본은 ‘경제안전보장추진법(2022년)’을 통해 배터리 산업을 국가 전략산업으로 지정했으며, 중국은 ‘전기차용 배터리 산업발전촉진 행동방안(2017년)’을 시행하고 있다.

한국은 ‘이차전지 산업 발전전략(2022년)’을 발표하며 차세대 배터리 기술 개발과 제조역량 강화를 추진하고 있다.

미국의 정책 변화 역시 이차전지 시장에 새로운 변수로 작용하고 있다. 친환경 정책과 ‘인플레이션 감축법(IRA)’의 축소 가능성이 전기차 보급과 배터리 수요에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 반면, 유럽 신흥국에서의 탄소중립 실현을 위한 전기차 수요 증가로 이차전지 시장은 성장 가능성을 이어갈 전망이다.

기계정책센터 길형배 선임연구원은 “건식 전극 공정과 전고체 배터리 기술 개발이 글로벌 시장에서의 주도권 확보를 위해 필수적”이라며, “R&D 투자, 정책적 지원, 공급망 안정화 노력이 중요하다”고 강조했다.

국내 배터리 기업들과 장비업체들은 디지털 전환과 차세대 공정 개발을 통해 글로벌 경쟁력을 강화하고 있으며, 이차전지 제조장비 산업은 지속적인 혁신을 통해 미래 에너지 산업의 핵심 기반으로 자리 잡을 것으로 기대된다.


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