▲ 셀러레이트(Cellerate)가 소형 코인셀 및 파우치 셀 자동화 조립 장비를 ‘인터배터리 2026’에서 선보인다.

차세대 배터리 개발 경쟁이 치열해 지고 있는 가운데, 영국의 랩(Lab) 자동화 로보틱스 분야 선도 기업 셀러레이트(Cellerate)가 셀 조립 공정 자동화를 통해 연구 신뢰도의 새로운 기준을 제시하고 있다. 공정 변동성을 구조적으로 통제하는 솔루션으로 소재 성능 검증의 정확도를 높이고 실험 효율을 개선함으로써, 고에너지밀도·고신뢰성 배터리 상용화를 앞당길 핵심 연구 인프라로 주목받고 있다.

셀러레이트는 3월 11일부터 13일까지 서울 코엑스에서 열리는 ‘인터배터리 2026’에서 코인셀 및 파우치셀 조립 자동화 장비 등을 소개한다. 이번 전시를 통해 회사는 기초 연구부터 산업 R&D(연구개발), 품질 관리(QC)에 이르기까지 단계적 확장이 가능한 모듈형 솔루션을 배터리 산학연 관계자들에게 연구자들에게 선보일 계획이다.

차세대 배터리 소재 개발 경쟁이 고도화되면서 연구 현장의 초점은 이제 소재 자체를 넘어 ‘공정 통제력’으로 이동하고 있다. 특히 셀 조립 과정에서 발생하는 미세한 공정 변동성(process variance)은 전기화학적 성능 데이터의 신뢰도를 좌우하는 핵심 변수로 부상했다. 

전극 정렬 오차, 전해질 주입 편차, 압착 조건의 미묘한 차이만으로도 효율, 수명 특성 등은 유의미하게 달라진다. 이로 인해 소재 고유 특성과 조립 공정에서 기인한 오차를 분리하기 어려워지고, 반복 실험과 검증 비용 증가로 이어지는 구조적 한계가 지적돼 왔다.

이 같은 문제를 해소하기 위해 셀러레이트가 개발한 ‘Cell Assembly & Sealing System(CASS)’는 코인셀 및 파우치셀 조립 공정을 정밀 제어 가능한 변수로 전환하는 자동화 플랫폼이다. 머신비전 기반 정렬과 정량 제어 전해질 주입, 공정 데이터의 전 단계 기록·추적 기능을 통합함으로써, 수작업 기반 연구에서 불가피하게 발생하던 기술적 불확실성을 제거하도록 설계됐다. 

CASS는 ‘정렬·정량·추적성’이 3가지 축이 핵심이다. 머신비전 기반 전극 정렬과 자동화된 전해질 주입으로 미세한 공정 변동성을 제거하는 것이다. CASS는 머신비전 기반 정렬 기술을 통해 전극과 분리막 위치를 자동 인식하고, 평균 100 μm 이하 수준으로 정밀 제어한다. 모든 정렬 과정은 이미지 로그로 저장돼 이상 데이터 발생 시 원인 추적이 가능하다.

전해질 주입 역시 μL 단위로 자동 제어된다. 자동 마이크로 피펫 시스템을 적용해 과주입이나 부족 주입을 방지함으로써 셀 간 초기 조건을 균일하게 유지한다. 이는 연구자가 동일 소재의 순수 성능을 보다 정확히 비교·분석할 수 있도록 돕는다.

실제 시스템 적용 사례에서도 데이터 안정성이 증명됐다. 노르웨이 합성 흑연 제조사 Vianode는 수작업과 CASS 자동 조립 셀을 비교 분석한 결과, 자동 조립 셀의 개방회로전압(OCV) 변동성이 수작업 대비 약 67% 감소했고, 셀 실패율은 2% 미만으로 나타났다. 숙련도 차이가 있는 연구자들이 제작한 셀에서도 용량과 초기 충·방전 효율 표준편차는 0.2~0.3% 수준으로 안정적으로 유지됐다.

자동화된 조립공정은  단순히 생산 속도 향상에 그치지 않는다. 데이터 재현성이 확보되면서 반복 셀 수를 줄일 수 있고, 일부 연구 환경에서는 기존 5개 셀 반복 시험을 3~4개로 축소해 소재·전해질·테스트 비용을 절감하는 효과를 거둘 수 있다.

또한 CASS는 코인셀 실링 모듈, 어셈블러 모듈, 자동 로더 모듈로 구성된 모듈형 구조를 채택해 기초 연구부터 산업 R&D, 품질 관리(QC)까지 단계적 확장이 가능하다. 표준 2포트 글러브박스 및 안티챔버와 호환되도록 설계돼 기존 연구 인프라 변경 없이 도입할 수 있는 점도 강점이다.

셀러레이트 관계자는 “자동화된 조립 공정은 단순히 생산 속도를 높이는 수준을 넘어, 실험 설계의 효율성을 개선하고 소재·전해질 사용 비용 절감으로 이어진다”며 “배터리 연구에서 이제 중요한 것은 연구자가 누구인지가 아니라, 어떤 공정 조건에서 셀이 제작됐는지”라고 강조했다.

이어 “CASS는 조립 공정을 정밀하게 제어 가능한 변수로 전환함으로써 소재 특성 평가의 신뢰도를 구조적으로 끌어올린 시스템으로, 연구 데이터 품질을 좌우하는 핵심 인프라로 자리매김하고 있다”고 전했다.

한편 셀러레이트(Cellerate)의 제품 및 기술은 코엑스 로비홀 BL209(한테크 부스)에서 확인할 수 있다.