‘고신뢰성 폴리머 파우치’ 개발로 세계 시장 재패할 터

미래창조과학부는 산·학·연이 기술을 협력할 때 발생하는 ‘기술수요반영’, ‘지식재산권 및 성과배분 명확화’라는 과제를 해결 할 수 있는 선진화된 모델로 ‘산·학·연 공동연구법인’을 설립, 지원하고 있다. 산업체가 자본을 투자하고 학․연이 기술을 출자해 공동연구법인을 설립하고 정부는 사업화에 필요한 후속연구개발 자금을 지원하는 방식으로 연구개발과 사업화를 함께 추진하는 공동연구법인 제6호 회사인 (주)탑앤씨가 지난 8월 출범했다.

(주)탑앤씨(이하 탑앤씨/대표 김동수)는 미래창조과학부와 한국연구재단의 산학연공동연구법인 사업의 지원을 받아, 한밭대학교 기술지주(주)와 대구에 소재한 플렉스피이(주)가 공동으로 설립한 회사로서 이차전지용 폴리머 파우치 개발을 주요 사업으로 운영하고 있다.
산·학·연공동연구법인 사업은 대학에서 보유하고 있는 지적재산권 중 상용화 가능성이 큰 특허를 발굴해 관련 기업과 공동으로 신규 법인을 설립해 사업화하는 목적으로 운영되며, 이에 대한 후속 연구 개발을 기업과 공동으로 수행한다.
이에 따라 탑앤씨는 휴대폰, 노트북 등 휴대기기, 전기자동차 및 에너지저장시스템(EES) 등에 사용되는 리튬폴리머 이차전지의 외장재인 폴리머 파우치를 인쇄전자 기술을 이용한 초정밀 롤투롤 장비를 기반으로 고 신뢰성 파우치의 양산 및 사업화를 주된 목적으로 하고 있다.
탑앤씨는 파우치 외장재 코팅 소재기술 및 폴리머 파우치 생산 시스템에 대한 등록특허를 보유하고 있다. 특히 파우치 외장재 코팅 기술은 도파민계 코팅 층이 금속 박막 층에 형성되는 기술로서 4nm 박막 코팅 9.63N/15mm 이상의 결착력을 유지할 수 있는 기술이다.
폴리머 파우치 생산 시스템 기술은 대면적 나노코팅을 할 수 있는 연속 생산 공정 기술로서 3개의 특허가 적절히 융합돼 최적의 폴리머 파우치 제조 및 공정 기술을 확보할 수 있다.
김동수 대표는 “폴리머 파우치를 적용한 리튬폴리머 이차전지는 전해액의 누액을 방지하기 위해 적용된 외장재가 기존의 캔(can) 타입이 아닌 알루미늄 파우치를 적용한 이차전지로서, 소량의 전해액 또는 겔(gel) 상의 전해액을 사용하기 때문에 전해액의 누액 염려가 거의 없고, 안정성 확보, 형상 다변화, 박형화 및 경량화 등의 장점을 지닌다”라고 소개했다.
기존의 폴리머 파우치 생산 시스템은 단위 공정을 이용한 열융착, 공압출 방식을 이용해 왔으나 기계·화학적 물성 및 성형성이 낮을 뿐 아니라 박리에 의한 마모가 높다는 단점이 있어왔다.
탑앤씨는 이를 해결하기 위해 기존 공정에 비해 대면적, 연속 공정을 이용한 접촉식 코팅 및 접착 소재 활용을 통해 문제를 해소하고 특화된 제조 공정을 통해 고 신뢰성 이차전지용 폴리머 파우치를 양산할 계획이다.

‘리튬이차전지’ 에너지 문제 해결할 핵심부품
리튬이차전지는 높은 경제성을 지니며 산업 경쟁력 관점에서 에너지 문제를 해결할 수 있는 핵심부품이다. 한국은 리튬이차전지 분야에서 세계 시장 점유율 1위를 기록하고 있다. 2012년 세계 리튬이차전지 시장 규모는 약 143억 달러로 그 성장 속도도 매우 빠르다.
현재 HEV/EV용 리튬이차전지로는 외장재 금속 캔을 사용한 각형 리튬이온전지와 파우치 필름을 사용하는 리튬이차전지가 널리 채택되고 있으며, 점차 시장 영역이 확대될 것으로 기대되고 있다.
메리트종금증권(2013)에 따르면 리튬이차전지 시장은 2012년 18.5조 원 규모에서 연평균 16.8%의 성장률을 보이고 있으며 2020년에는 64조 원 규모를 기록할 것으로 전망된다.
특히 향후 리튬이차전지 수요는 스마트폰과 태블릿PC 성장과 동반한 파우치 타입이 크게 성장할 것으로 예상되면서 파우치 타입은 2011년 17.4%에서 2016년에는 51.4%를 점유할 것으로 예상된다. 이를 각 적용분야별로 구분하면 2020년에는 ESS용이 29.7조 원(46.4%), 소형IT 18.5조 원(28.9%), 전기차용 15.8조 원(26.7%) 등의 규모를 보일 것으로 전망되는 등 폴리머 파우치 관련 시장이 급속히 성장할 것으로 보인다.
김 대표는 “국내에서 사용하고 있는 고신뢰성 폴리머 파우치 필름은 현재 일본의 DNP, Showa Denko 등이 독점하고 있어 고가일 뿐만 아니라 수요에 대한 공급도 원활하지 않은 실정이다”라며 “일본 후쿠시마 원전 사고로 인한 생산 차질은 국내 이차전지 산업에 많은 영향을 주고 있어, 리튬폴리머 이차전지 시장에서의 국내 업체의 경쟁력 강화와 원천기술 확보 차원에서 국산화가 매우 시급하다”고 강조했다.

다양한 사업 수행 경험과 노하우 지녀
최근 국내에서 폴리머 파우치 개발을 위한 연구가 본격적으로 시작됐지만 일본 경쟁사 대비 신뢰성 확보가 미흡해, 이차전지 최대 공급처인 국내 대기업에는 납품이 이뤄지지 않고 있는 실정이다.
이에 핵심 기술 장벽인 알루미늄 금속층과 폴리올레핀층 사이의 충분한 결착력 확보와 금속층 표면 처리 기술 및 접착제 소재 기술 개발이 반드시 필요하다.
김 대표는 “탑앤씨는 새로운 제품이나 산업에 필요한 이차전지용 파우치의 수입 대체는 물론 관련 산업의 기술 경쟁력 선도 등의 일익을 담당하기 위해, 이차전지용 파우치를 전문적으로 연구하고 사업화하고 있다”라고 설명했다.
이러한 내외적인 필요성에 의해 설립된 탑앤씨는 이미 보유하고 있는 다양한 기술을 바탕으로 초정밀 롤투롤 베이스 기반 인쇄 전자 공정 기술을 이용한 접착제 코팅 기술 및 이종 필름 간 접착 소재 기술을 바탕으로 고신뢰성 폴리머 파우치를 개발해 사업화하는 한편, 이를 응용해 투명전극필름, 인덱스메칭필름, 하드코팅필름 등의 기능성 필름 및 생산 시스템 등으로 사업 영역을 확대해 나갈 계획이다.
한밭대학교 글로벌융합학부 교수로 재직하면서 탑앤씨를 설립한 김 대표는 “이차전지 폴리머 파우치 관련 제조 기술은 응용제품 및 신산업 창출을 견인하고 그 파생 기술을 통해 기존 산업 기술을 고도화하는 효과가 있을 것으로 기대된다”라며 “100여 건의 산학공동 연구수행 경험과 80여 건의 특허 및 기술료 징수 16억 원등의 풍부한 경험을 바탕으로 산학연공동연구법인 사업을 성공적으로 수행할 것이다”라고 각오를 밝혔다. 뛰어난 경제성과 산업 경쟁력을 지닌 리튬이차전지 시장을 탑앤씨가 선도해나가길 기대해 본다.
한편 김 대표는 지난 8월 국내·외 인쇄전자 및 IT전문가들이 한 자리에 모이는 ‘2014 인쇄전자 실용화 국제 심포지엄’을 진행했다. 인쇄전자분야의 학문과 기술 교류의 장으로서 인쇄전자 전문가와 기업, 대학 및 연구소 연구원 등 300여 명이 참석한 이 행사에서 김 대표는 “신성장동력 산업의 일환인 인쇄전자 산업 육성 연구의 인프라 구축에 필요한 최신 연구 동향을 파악하고 다양한 교류를 통해 국내 기업이 세계적 수준의 경쟁력을 확보하길 기대한다”고 밝혔다.

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