리코, 복합기형 비즈니스 모델 확립 … 분리막은 전극과 하이브리드화

리코(Ricoh)가 잉크젯 기술을 활용하는 2차전지 제조 프로세스 사업화를 준비하고 있다.
리코는 부분적 혹은 겹쳐 인쇄하는데 적합한 잉크젯만의 특징을 활용해 제조공정 간소화와 안전성 확보 등을 실현할 수 있을 것으로 기대하고 잉크젯 기술을 활용해 2차전지를 제조하는 프로세스를 사업화하고 있다.
잉크와 제조장치를 함께 공급하는 복합기형 비즈니스 모델을 확립할 예정이며 수년 후 잉크젯 기술 채용제품을 출시하는 방안도 검토하고 있다.
주요 부재 생산을 잉크젯 프로세스로 대체할 계획이며 사업영역 글로벌에도 박차를 가할 방침이다.
특히, 잉크젯으로 제조한 분리막‧절연막은 기존공법으로 제조한 전극과 하이브리드화해 제안할 계획이어서 주목된다.
전극 위에 부직포 소재를 잉크젯으로 인쇄하면 섬유화가 가능하며 전극 단계에서 미리 분리막을 적층시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
현재 LiB(리튬이온전지)는 분리막-양극-분리막-음극 등 4중 구조로 이루어져 있으나 하이브리드화한다면 2장의 전극을 겹치는 것만으로 제조가 가능해져 공정을 대폭 간소화할 수 있고 개별 부재 제조과정에서 불량품이 발생하는 것도 억제할 수 있을 것으로 예상하고 있다.
잉크젯의 여러 조건을 제어해 레이어를 겹치거나 전극 내부에 서로 다른 소재를 침투시키는 것도 가능하며 전극에 세라믹층을 형성시켜 배터리 안전성 향상에도 성공했다.
리코는 2016년부터 잉크젯으로 배터리를 제조하기 위한 연구를 시작해 2019년 LiB 주요 부재인 양극, 음극, 분리막을 자유로운 형태로 필요한 곳에서 인쇄하는 기술을 개발했다.
기술의 핵심은 잉크로 파악되고 있다. 기존 배터리 소재는 고농도화 때문에 점도가 높고 잉크젯으로 인쇄하는 것이 어려웠으나 색소재 기술 등을 응용해 고농도 소재를 기존의 100분의 1 정도로 저점도화하고 잉크젯 토출이 가능하도록 했다.
노즐, 헤드 등을 바꾸면 일반용 소형 배터리와 자동차용 대형 배터리 등도 제조할 수 있을 것으로 판단하고 있다.
기존 제조공법은 공정이 많은 편이고 정치형 배터리는 양산해야만 생산성을 향상시킬 수 있으며 IoT(사물인터넷) 기기 등 협소한 장소에 설치할 때에는 설계단계에서 미리 장소를 확보한 후 정치형 배터리를 조합해야 한다는 점에서 잉크젯 기술이 효과를 나타낼 것으로 예상되고 있다.
잉크젯 기술은 설계 후에도 수요기업이 바라는 설치 장소에 맞추어 사이즈, 두께, 형태 등을 자유롭게 결정할 수 있고 공정 수가 적다는 점도 강점으로 파악되고 있다.
잉크젯용으로 배터리 소재 입경을 작게 가공한 후 잉크화해 얇게 적층함으로써 고출력화도 실현했다.
장기적으로는 인쇄라는 간단한 공정으로 무선통신 기기에 전력을 공급할 수 있는 배터리를 제조하는 것을 목표로 하고 있다.
이밖에 회로 일부 동판에 적용할 수 있는 배터리 형성, 회로와의 일체 형성, IC 내부 형성 등도 가능할 것으로 예상하고 있다.
배터리 생산기업에게 분리막, 절연막용 프린터를 납품하고 잉크까지 함께 공급하는 비즈니스 모델을 확립할 예정이다.
분리막은 수요기업이 직접 원료를 조달해 잉크화하고 전극은 수요기업 특유의 소재나 소개받은 소재 생산기업을 통해 조달한 소재를 잉크화하는 방향에서 실현할 수 있을 것으로 예상하고 있다.
전고체전지를 위한 고체 전해질 연구도 진행하고 있으며 하이브리드자동차(HV)에 비해 두께가 두꺼워야 하는 전기자동차(EV)용 전극 제조에 활용할 계획이다.
소재와 잉크젯 헤드 개량을 가속화함으로써 생산성을 유지하면서 후막 전극을 제조하는 기술을 확립할 방침이다.
리코는 인쇄 기술로 새로운 가치를 창조하는 인쇄 프로젝트를 추진하고 있으며 배터리 제조를 바이오 인쇄와 함께 중요한 핵심사업 가운데 하나로 설정하고 적극 육성하고 있다. (K)