전고체 전극코팅 R2R 라인은 황화물계 고체전해질을 슬롯다이 방식으로 집전체 위에 도포하는 연속식 공정이다. 국내 전극공정 장비업체 씨아이에스는 대구 3공장에 황화물계 고체전해질 연속식 파일럿 라인을 구축했으며 연간 생산능력은 2~5톤 규모다. 습식 슬러리 대비 황화물 전해질은 수분 민감도가 높아 롤 표면과의 접촉 시간과 장력 편차를 동시에 관리해야 한다. 여기서 기구적 모순이 발생한다. 장력을 낮추면 사행(蛇行)이 커지고 장력을 높이면 웹 파단과 전해질 분말 탈락 위험이 커진다. 텐션 편차를 몇 N 이내로 관리해야 코팅 두께 공차를 만족하는가. 씨아이에스는 이 파일럿 라인을 통해 기존 연산 840kg 규모였던 황화물계 고체전해질 생산능력을 2~5톤 규모로 확대했으며, 2025년 7월 기준 완성차업체 및 북미 고체배터리 개발사에 샘플 공급을 시작했다고 밝혔다(출처: 디일렉 THE ELEC, 한국경제 2026-02-26).
기구학적 분석
텐션 롤 시스템은 언와인더, 코팅부, 리와인더 3구간의 장력 전달 경로로 구성된다. 각 구간의 장력차는 롤러 관성과 베어링 마찰토크의 합으로 결정된다. 코팅부 직전 댄서롤은 장력 변동을 흡수하는 완충 요소이며 스프링 상수와 댄서 이동량이 응답 속도를 좌우한다. 하중전달 경로 관점에서는 댄서롤 축의 처짐이 곧 장력 편차로 직결되므로 축 강성이 코팅 두께 균일도의 상위 설계 변수다. 댄서롤 스프링 상수 설계는 KS B 2400(압축 및 인장용 원통 코일 스프링 설계 기준)을 준용해 산정하며, 국내 등록특허 KR101000826B1은 고속 R2R 시스템에서 펜듈럼 댄서를 이용한 장력제어 방법을 제시하고 있어 댄서 응답속도 설계 시 참고할 수 있다.
계산/수식 검증
웹 장력 $T$(N)와 롤러 반경 $r$(mm)의 관계에서 구동 토크는 다음과 같다.
$$M = T \times r \times 10^{-3}$$
여기서 $M$은 N·m 기준이다. 웹 폭 500mm, 목표 장력 80N, 텐션롤 반경 50mm(추정: 파일럿 규모 R2R 라인 통상 사양, 현장 계측 후 재확인 요망)를 적용하면 $M = 80 \times 0.05 = 4$N·m가 된다. 이 값은 코팅 직후 웹이 받는 순간 인장응력으로 환산해 재검증해야 한다. 안전율은 웹 파단강도 대비 1차로 4.0 이상, 코팅층 박리강도 대비 2차로 2.5 이상을 이중 적용한다. 두 기준을 동시에 만족하지 못하면 장력을 낮추고 댄서롤 응답속도를 높여 사행을 보정하는 쪽으로 설계를 바꿔야 한다. 댄서롤 응답 지연시간 $\tau$는 스프링 상수 $k$(N/mm)와 댄서 이동질량 $m$(kg)의 비로 근사되며, $\tau \approx 2\pi\sqrt{m/k}$로 추정할 수 있다(추정: 1차 근사식, 실제 응답은 베어링 마찰·공압 댐핑에 따라 달라지므로 현장 계측 후 재확인 요망). 이 근사식은 댄서 고유진동수가 라인 속도 변동 주파수 대비 충분히 높아야 사행 보정이 지연 없이 이뤄진다는 설계 방향성만 제시하며, 정확한 $k$ 값은 KS B 2400 기준에 따라 스프링 제조사 사양서로 재검증해야 한다.
실무적용(Shop-notes)
텐션 롤 표면은 황화물 분말 부착을 막기 위해 경질 크롬도금 대신 세라믹 코팅을 우선 검토한다. 세라믹 코팅은 후가공 연삭 여유를 0.05mm 이상 확보해야 진원도 공차를 만족하므로 가공 도면에 연삭 여유를 별도 표기해야 한다(가공성 주석). 대안으로 에어턴 방식 비접촉 롤을 검토했으나 미채택했다. 미채택 사유는 분진 비산 시 라인 청정도 관리 부담이 접촉식 대비 더 크기 때문이다. 텐션롤 구동 모터 용량은 현장 계측 후 재확인 요망이다. 국내에서는 코스닥 상장 전극장비 전문기업 씨아이에스가 기존 습식 전극장비 기술을 바탕으로 건식 코터 양산 역량을 확보하고 전고체 소재·장비 사업화를 병행하고 있어, 국산 텐션 롤 설계도 습식 대비 분진 민감도를 반영한 표면처리·공차 관리 체계로 전환할 필요가 있다(출처: 한국경제 2026-02-26).
설계 반영 체크리스트
- 텐션 편차 관리치 산정 및 안전율 2중 검증 완료 여부
- 댄서롤 스프링 상수 현장 계측 여부
- 텐션롤 표면처리 연삭 가공 여유 도면 반영 여부
- 구동 모터 용량 현장 재확인 여부
- 댄서롤 응답 지연시간 근사치와 라인 속도 변동 주파수 비교 검토 여부
- 고체전해질 생산능력 확대(연산 2~5톤급) 대응 파일럿 라인 사양 반영 여부
한줄요약: 황화물 전고체 전극코팅 R2R 라인은 텐션 편차 관리가 코팅 두께 공차보다 앞서는 설계 변수다.