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리코, 배터리 소재 인쇄장치 개발 … 비접촉으로 균일한 막 형성

리코(Ricoh)가 세계 최초로 생산성이 높은 LiB(리튬이온전지) 소재 인쇄장치를 개발해 주목된다.
리코는 전극 위 필요한 부분에 분리막과 배터리 안전성을 부여하기 위한 절연막을 필요한 만큼만 균일하게 적층할 수 있고 안전성과 생산성을 대폭 향상시킬 수 있는 독자적인 잉크젯 기술을 개발해 새로운 인쇄장치에 적용했다.
준 상업생산을 준비하고 있으며 2021년 여름에는 수요기업을 대상으로 시험제품 평가에도 나설 예정이다.
앞으로 LiB 전극과 고체 전해질을 라인업에 추가함으로써 디지털 인쇄기술을 활용하는 배터리 제조 프로세스 혁신을 지원할 방침이다.
리코는 2016년부터 잉크젯을 활용한 배터리 제조기술 관련 연구에 착수했고 2019년에는 양극재, 음극재, 분리막 등을 자유로운 형태로 만들어 원하는 곳에 인쇄할 수 있는 기술을 개발했다.
색 소재 기술 등을 응용해 고농도‧고점도 배터리 소재를 약 100분의 1로 저점화시키고 잉크젯으로 토출하는 기술도 개발한 것으로 알려졌다.
안전성을 향상시킬 수 있는 세라믹 절연막 인쇄에 이어 최근에는 전극 위에서 분리막을 형성하는 기술까지 개발했다.
새로운 기술로 인쇄한 분리막은 고내열이어서 가열해도 수축되지 않고 안전성, 신뢰성이 우수한 것이 특징이며 입출력 특성도 개선된 것으로 평가되고 있다.
현재는 일본 에비나(Ebina) 리코테크놀로지센터의 프로토 타입 기기로 개발작업을 추진하고 있으나 8월에는 그룹기업의 생산기지에서 양산할 수 있도록 준양산 장치를 설치하고 있다.
기존 제조 프로세스에서 사용하는 다이코터와 동등한 인쇄속도(분속 60미터)를 실현했고 간헐도공 등 다양한 전극 형상 및 변형에 대응할 수 있을 뿐만 아니라 반송 과정에서 전극에 생기는 미세한 뒤틀림 등도 실시간으로 감지해 보완하고 있다.
비접촉으로 균일한 막을 형성할 수 있으며 막 두께와 전극 형상이 달라져도 공정을 바꿀 필요 없이 인쇄할 수 있어 생산성도 우수한 것으로 평가되고 있다.
앞으로 파트너와 협력을 강화해 더욱 광범위한 영역에서 인쇄할 수 있도록 양산장치를 개발할 계획이다.
잉크젯 기술의 강점을 활용해 당분간은 다이코터로 생산하기 어려웠던 막 두께 실현에 주력하고 있고, 특히 전기자동차(EV)용 LiB를 고용량화하기 위해 더욱 얇은 분리막이 요구됨에 따라 잉크젯 공정의 과제를 개선함으로써 배터리 생산기업의 분리막 자체생산을 적극 지원할 예정이다.
이후에는 LiB 전극과 전고체전지의 고체 전해질 공급에도 나설 방침이다.
전기자동차용으로는 두꺼운 막의 전극을 효율적으로 인쇄할 수 있는 잉크젯 헤드를 개발하고 있고 전고체전지 분야에서는 극건조 환경 대응에 나섬으로써 단계적으로 실용화가 가능할 것으로 기대하고 있다.
수년 후에는 모든 라인업을 갖추고 버튼 1개를 누르는 것만으로 가동할 수 있는 디지털 배터리 인쇄 공정을 실현시키겠다는 목표를 세우고 있다.
제조장치와 잉크(배터리 소재)를 함께 공급하는 복합기형 사업을 기본적인 비즈니스 모델로 설정하고 있으나 시장 상황과 수요기업의 니즈에 맞추어 유연하게 대응할 계획이다.
해외 진출 가능성도 열어두고 있으며 그룹 차원에서 추진하고 있는 기능적 인쇄 전략의 주요 성장동력으로 육성하고 있다. (K)