[산업 View] 배터리 소재 양산 전환의 관문, 파일럿 공정…열처리·가스 제어 정밀화

배터리 소재는 실험실에서 성능을 확인했다고 곧바로 양산할 수 있는 게 아니다. 투입량과 장비 규모가 커지면 열전달과 소재 흐름, 가스 접촉 조건이 달라진다. 연구개발 단계에서 찾아낸 공정 조건을 실제 생산에 가까운 환경에서 다시 검증하는 파일럿 공정이 양산 전환의 관문으로 꼽히는 이유다.

배터리 소재·장비 업계에서는 소규모 배치 실험과 생산설비 사이의 간극을 줄이는 작업이 중요해지고 있다. 온도와 체류시간, 회전속도, 가스 분위기 등 여러 변수를 연속 공정에서 확인하고, 이를 생산설비 설계에 활용할 수 있는 데이터로 축적하는 과정이다.


지난 9일부터 11일까지 경기도 고양시 킨텍스 제2전시장 7홀에서 열린 ‘K-BATTERY SHOW 2026’에서도 이러한 흐름을 반영한 파일럿 장비가 공개됐다. SH Scientific(에스에이치사이언티픽)은 MGQ 시리즈와 연속식 파일럿 스케일 전기로 ‘로터리(Rotary)’, 1,200℃ 로터리 튜브 전기로 및 스팀 발생 시스템 등을 전시했다.

실험실 조건을 연속 공정으로 옮기는 과정
배터리 소재 개발 과정에서는 적은 양의 시료를 정해진 온도에서 처리해 성능을 확인한다. 그러나 처리량이 늘어나면 장비 내부의 온도 편차와 소재 이동 속도, 가스 접촉량, 체류시간도 달라질 수 있다.

파일럿 설비는 실험실에서 도출한 조건을 생산공정에 가까운 규모로 옮겨 재현성을 확인하는 데 쓰인다. 일정한 조건에서 소재를 연속 투입·배출하면서 공정이 안정적으로 유지되는지 살피고, 규모 확대 과정에서 나타나는 변화를 파악하는 방식이다.

이 단계에서 확보한 운전 데이터는 양산설비의 용량과 구조, 가열 방식, 가스 공급 조건 등을 결정하는 기초자료가 된다. 소재 성능뿐 아니라 처리량과 에너지 사용, 운전 안정성을 함께 검토해야 하는 이유도 여기에 있다.


소재 이동시키며 가열…열 이력 편차 관리
SH Scientific이 전시한 로터리 전기로는 분말이나 입상 소재를 회전시키면서 열을 가하는 장비다. 소재가 장비 내부에서 이동하는 동안 가열되기 때문에 고정된 상태에서 처리하는 방식과는 열전달 조건이 다르다.

이차전지 양극재와 음극재, 전구체, 재활용 원료 등의 건조와 소성, 열분해, 환원 및 분위기 열처리 조건을 검토하는 데 적용할 수 있다. 연속식 파일럿 설비에서는 온도뿐 아니라 회전속도와 투입량, 체류시간을 함께 조절하며 공정 변화를 확인한다.

로터리 방식이 모든 소재에 동일한 결과를 보장하는 것은 아니다. 입자 크기와 밀도, 수분 함량, 열적 특성에 따라 장비 내부의 흐름과 열전달 양상이 달라질 수 있어 소재별 조건 설정과 검증이 필요하다.

열처리와 진공·가스 제어 연계
배터리 소재 공정에서는 열을 얼마나 가하는지만큼 어떤 분위기에서 처리하느냐도 중요하다. 산소와 수분, 불순물의 유입 여부와 가스 조성은 산화·환원 반응과 최종 소재 특성에 영향을 줄 수 있다.

SH Scientific 부스에는 로터리 전기로와 함께 고진공 시스템 및 제어 설비가 배치됐다. 개별 장비의 사양보다 열처리와 진공·가스 제어를 하나의 공정으로 연결해 운전 조건을 검토하는 구성이다.


전시 구성은 열처리뿐 아니라 소재 흐름과 체류시간, 진공도, 가스 분위기를 함께 검토해야 하는 공정 특성을 반영했다. 생산 단계에서 반복 가능한 품질을 확보하려면 각 장비의 성능과 함께 공정 사이의 연계 조건도 확인해야 한다.

장기 운전 데이터가 양산성 판단 기준
파일럿 장비는 연구실과 양산 사이의 간극을 줄이는 수단이지만, 장비 도입만으로 공정 확대 가능성이 입증되는 것은 아니다. 실제 양산성을 판단하려면 장시간 연속 운전에서의 재현성과 처리량, 에너지 소비, 유지보수 조건 등을 추가로 검증해야 한다.

생산 규모가 커질수록 온도 편차와 체류시간, 소재 흐름, 분위기 제어에서 새로운 변수가 나타날 수 있다. 파일럿 공정은 이 변수를 확인하고 연구실에서 확보한 조건이 생산 규모에서도 재현되는지 검증하는 단계다. 여기서 확보한 운전 데이터는 이후 양산설비 설계의 기초자료가 된다.

‘More Than Battery: The Future of Energy’를 주제로 열린 K-BATTERY SHOW 2026에는 국내외 185개 기업이 참가했다. 배터리 소재·부품·장비를 비롯해 에너지저장장치(ESS), 전기차 충전 인프라, 안전, 재사용·재활용 관련 기술이 전시됐다.