이차전지를 제조하기 위해서는 양/음극 활물질이 코팅된 양극, 음극, 분리막, 전해액 등이 필요합니다.
특히, 이차전지를 구성하는 약극, 음극 활물질을 제조하기 위해서는 활물질, 도전재, 바인더 등의 혼합물로 구성된
양/음극 슬러리(Slurry)를 제조해야 합니다. 슬러리 제조 핵심설비인 2차전지 믹싱 공정과 믹싱 장비 관련주에 대해 알아보겠습니다.
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이러한 슬러리는 가루(파우더) 상태의 분말과 용매를 믹서에서 혼합하여 제조됩니다. 특히, 슬러리 제조에서 분말과 용매의 혼합 비율이 중요합니다. 슬러리 제조하기 위한 분말 및 용매의 혼합 비율을 니딩포인트(Kneading point)라고 부릅니다.
믹싱공정 슬러리 제조 단계에서 특정 니딩 포인트에서 일정 시간동안 믹서 내 혼합된 후에 비로서 이차전지의 재료로 사용됩니다.
이러한 니딩 포인트는 슬러리 제조 시 필요한 분말, 용매 등 재료 및 함량에 따라 달라집니다. 또 니딩 포인트는 슬러리가 제조되는데 사용되는 믹서의 크기 및 구조에 따라서도 달라집니다.
1. 믹싱 과정과 믹싱공정의 특징
원재료를 정확한 비율만큼 믹서에 넣으면 믹서 안에서 고속으로 돌아가는 두 개의 블레이드가 재료를 반죽(Kneading)하고
분산(Dispersion)시킵니다. 회사마다 4개 혹은 3개 축을 사용하여 믹싱을 합니다. 넓은 블레이드 두 개가 각기 반대방향으로 맞물려 돌아가는데 그 블레이드가 만나는 부분에서 재료가 파쇄되고 반죽되는 구조입니다. 이 부분이 반죽(Kneading)에서 중요한 요소 입니다.
배터리 믹싱공정은 대용량 탱크에서 활물질, 도전재, 바인더 등 성능 개선을 위한 다양한 재료를 한꺼번에 섞는 배치 타입을 주로 사용하고 있습니다.
배치 타입의 장점으로는 배터리의 셀 종류나 양/음극 조성에 따라 새로운 재료가 첨가되어도 기존 공정에 큰 변화가 없다는 것입니다. 따라서 유지보수 비용을 절감할 수 있게 됩니다.
보통 프리(Pre) 믹싱을 통해 1차적인 혼합 작업을 한 뒤 메인 믹성에서 재료들을 믹싱해주어 양극/음극 슬러리가 만들어 집니다. 업계에서도 배치 타입의 경우 재료가 바뀌어도 기존 장비를 그대로 사용할 수 있다고 합니다. 양극재의 조성이 바뀌거나 탄소나노튜브(CNT) 같은 도전재 물질이 추가되어도 장비 면에서 크게 영향을 받지 않기 때문입니다.
2. 믹싱 장비의 구조 및 요구사양
믹싱 장비는 큰 통 안에 두 개의 블레이드(회전날)이 들어가 있습니다. 빵을 만들때 사용하는 밀가루 반죽기를 상상하면 되는데 배터리 믹서에는 큰 블레이드 두 개가 들어간다고 보면 됩니다. 업계 에서는 트위스트 블레이드라고 부릅니다. 회전 방향이 반대되는 두 개의 블레이드가 각기 다른 속도로 통 안에서 돌아가면서 입자를 갈고, 재료를 섞는 역할을 합니다. 소재를 특헝한 점도로 맞추기 위해 재료에 맞춰 블레이드의 형태와 회전 rpm을 정합니다.
메인 믹서에서 제조되는 슬러리 1배치의 가격은 약 5000-7000만원 정도 입니다. 한 번 잘못 믹싱하면 해당 슬러리를 사용하지 못하기 때문에 그 돈을 날리게 되는 것입니다. 그래서 믹싱 장비는 공급해야하는 소재들의 계량 정밀도 및 이송이 성능이 좋아야 합니다.
3. 국내 믹싱장비 업체(윤성에프앤씨 TSI 티에스아이)와 믹싱 산업의 성장성
1) 티에스아이 TSI
티에스아이의 2023년 분기보고서에 따르면 믹싱 공정 운용 장비와 그 시스템 제조 및 판매를 주력 사업으로 영위하고 있다고 공시되어 있습니다. 또한 2023년 1분기 연결기준 전체 매출액 중 믹싱시스템, 믹싱제작품은 99.6%를 차지고하고 있습니다.
주요 제품 현황 참조 시, Mixing 라인 설계 부터 장비 공급까지의 믹싱시스템 턴키 실적 비중이 2021년 부터 꾸준히 증가하고 있습니다. 여기서 말하는 믹싱 시스템이란 믹싱공정을 정량 계량 공급하여 믹싱하고 만들어진 슬러리를 코팅 공정까지 공급하는 것을 시스템으로 구현한 것을 말합니다.
믹싱 시스템 아래 4가지 세부 공정으로 구성됩니다.
1) 분체(활물질 등)을 믹서에 공급하는 공정
2) 선분산 믹싱 : 생산 효율성을 위해 바인더/도전재 등을 메인 믹서 투입 전 미리 선분산하는 공정
3) 메인믹싱 : 활물질, 도전재, 바인더 등을 최종 믹싱하여 슬러리를 생산하는 공정
4) 저장, 이송 공정 : 메인믹서에서 완성된 슬러리를 저장하고 다음 공정인 코팅공정으로 이송하는 공정
이러한 믹싱 시스템 구축을 위해서는 정량 투입, 균일한 배합, 세밀한 이물관리가 필요합니다. 이 과정에서 티에스아이는 엔지니어링, 믹싱룸 정리, 부품 조달/장비 제작, 레이아웃 설계 및 기반 구조물 설치, 배관/배선 장비 설치, 고객MES 연동, 시운전 등 토탈 믹싱 solution을 제공하고 있습니다.
2) 윤성에프앤씨
윤성에프앤씨 역시 믹싱공정 턴키 공급을 주된 사업으로 영위하고 있습니다.
주요 제품은 진공을 이용하여 분체(POWDER )를 이송하고 계량하는 시스템으로 양극, 음극 활물질 이송에 사용됩니다.
또한, 양극 Binder/도전재, 음극 CMC, 양/음극 CNT도전재 선분산을 위한 프리믹서를 제작합니다.
윤성에프앤씨의 매출실적 상에는 2차전지 외 제약 바이오 및 식품제조 장비도 제조하고 있지만 매출액이 10% 미만이고
2차전지 수요 증가로 인해 2차전지 제조 등 설비투자 확대될 것으로 예상하고 2차전지 장비 사업에 집중하고 있다고 공시되어 있습니다.
3) 2차전지관련주 TSI 티에스아이, 윤성에프앤씨
두 회사 모두 상장한 지 몇 년 되지 않았습니다.
윤성에프앤씨와 티에스아이 주가 모두 많이 상승하였습니다.
윤성에프앤씨는 시총 1조가 넘는 기업이고, TSI 티에스아이는 시총 2400억원 정도 입니다.
매출액에서도 윤성에프앤씨가 티에스아이에 비해 압도적이고 재무구조도 부채비율과 유보율을 감안했을 때 훨씬 안정적으로 보입니다. 또한 윤성에프앤씨는 작년 배당금도 지급했다는 점이 윤성에프앤씨 주가 흐름이 티에스아이에 비해 더 좋은 평가를 받는 이유이지 않나 싶습니다.
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