[Report](8) 전기차 및 이차전지 모듈화를 위한 고기능 점착·접착 소재 기술 동향 및 발전 방향

서론

전기차(EV) 시장의 급속한 성장과 함께, 이를 구성하는 핵심 부품 중 하나인 **이차전지(Battery)**에 대한 기술 경쟁이 가속화되고 있다. 고에너지 밀도, 장수명, 안전성, 열관리 효율성 등 다양한 요구사항을 만족시키기 위해 배터리 셀에서 모듈, 팩에 이르기까지의 모든 구조에 있어 정밀하고 신뢰성 있는 접합 기술이 필수적으로 요구된다. 이에 따라 전기차 배터리용 점착제 및 접착제는 단순 부착 기능을 넘어 절연, 방열, 구조 지지, 충격 흡수, 가역적 분리와 같은 고기능화된 역할을 수행하는 방향으로 진화하고 있다.

특히 배터리 셀과 쿨링 시스템, BMS(배터리 관리 시스템), 외장 하우징을 연결하는 각 부위에는 고절연성, 고방열성, 내화학성, 내진동성, 전기적 제어 기능을 갖춘 접착 소재가 사용되며, 유지보수 및 리사이클링 요구에 따라 **전기박리 접착제(Electro-debondable Adhesive)**와 같은 가역적 접착 기술에 대한 수요도 증가하고 있다. 본 보고서에서는 전기차 및 배터리 시스템에 특화된 점착·접착 소재 기술의 주요 트렌드, 소재 구성, 응용 부위 및 향후 발전 방향에 대해 고찰하고자 한다.

본론

1. EV 배터리 시스템의 구조와 접착 소재의 역할

전기차용 리튬이온 배터리는 일반적으로 다음과 같은 구조를 가진다:
• 셀(Cell): pouch, cylindrical, prismatic
• 모듈(Module): 셀 다수의 전기적·기계적 통합 구조
• 팩(Pack): 모듈 + BMS + 쿨링 시스템 + 하우징

이 구조 내에서 접착제와 점착제는 다음과 같은 역할을 수행한다:
• 기계적 고정: 셀 간, 모듈 간 위치 정렬 및 구조 지지
• 열관리 보조: 방열시트 또는 써멀 패드 대체 및 보완
• 절연 및 전기 차폐: 고전압 환경에서 전기적 안전성 확보
• 진동 및 충격 완화: 주행 중 물리적 스트레스로부터 보호
• 접합 해체 가능성: 리페어/재활용 위한 비파괴적 분리 기능

2. 주요 접착·점착 기술 유형

2.1 고절연성 접착제
• 특징: 높은 절연저항(>10¹² Ω·cm), 낮은 유전율
• 주요 소재: 에폭시, 실리콘, 폴리이미드 기반
• 적용 부위: 셀간 절연, BMS 및 센서부 절연 고정

2.2 방열 기능성 접착제
• 기능: 열전도율 ≥ 1~5 W/m·K 수준 확보
• 기술적 설계: 에폭시·실리콘 수지 기반에 Al₂O₃, BN, AlN, MgO 등 고방열 필러 분산
• 응용: 셀-쿨링시스템 접합, 모듈 간 써멀 브리지 대체

2.3 구조용 고강도 접착제
• 요구 특성: 고내열성(>150℃), 고내습성, 인장강도 >20 MPa
• 활용: 알루미늄, 폴리카보네이트 등 이종소재 접합

2.4 전기박리 접착제 (Electro-debondable Adhesive)
• 작동 원리: 일정 전압(통상 10~50V) 인가 시 계면에서 이온 이동, 기포 형성 등으로 접착력 급감
• 응용 이점: 리페어·재활용을 위한 비파괴적 모듈 분리 가능
• 핵심 기술 요소: 이온전도성 고분자 설계, 전도성 필러 내재화, 안정적 절연 유지

2.5 점착 필름 및 양면테이프
• 장점: 공정 편의성, 핸들링 용이성
• 용도: 셀 배치용 임시 고정, 모듈 간 유연 접합, 진동 완화

3. 전기차 주요 제조사의 적용 동향
• Tesla: 배터리 모듈 내 방열 및 구조 통합 접착에 실리콘 기반 써멀 본드 사용
• LG에너지솔루션 / 삼성SDI: pouch-cell 간 절연 및 방열을 동시에 만족하는 복합 접착 시스템 개발
• CATL: 고온 조건에서도 물성 유지되는 내열 고방열 접착제 상용화
• 현대차그룹: 재활용 고려한 전기박리 접착 솔루션 검토 중

4. 기술적 과제 및 향후 발전 방향

4.1 기술적 과제
• 소재 다기능화: 방열성과 절연성, 기계적 강도, 내화학성 등 복수의 기능을 동시에 만족시켜야 함
• 리사이클링 대응: 분해 및 해체 용이성을 부여하되, 주행 중에는 안정적인 물성 유지 필요
• 열팽창 계수 매칭: 셀, 구조체, 접착제 간 CTE 불일치로 인한 응력 발생 최소화
• 대면적 균일 도포 및 공정 호환성 확보

4.2 향후 발전 방향
• 하이브리드 접착 시스템: 점착 필름 + 국부 고강도 접착제 병용 방식
• 스마트 접착 솔루션: 전기적 신호 기반 상태 감지 및 경보 기능 부여
• 고방열 겸 절연 접착소재: 유기·무기 복합소재 기반 고기능 필러 기술 강화
• 친환경 고분자 기반 전기박리 접착제: 분리 후 환경에 무해하며 재가공 가능한 소재 개발

결론

전기차 및 배터리 팩의 성능, 안전성, 제조 효율성, 재활용성 확보를 위한 핵심 소재 중 하나가 바로 고기능 점착·접착 기술이다. 특히 고절연성, 고방열성, 구조 강도, 가역성 등 복합적인 요구가 동시에 충족되어야 하므로, 단순 접착 기능을 넘어선 멀티기능성 소재 설계가 필수적이다.

최근에는 전기박리 접착제와 같은 스마트형 접착 기술의 부상으로, 배터리 해체 및 리사이클링의 편의성이 강조되고 있으며, 이는 EU와 미국 중심의 환경규제 대응과도 깊은 연관이 있다. 이에 따라 단순한 소재 개발을 넘어, 접착 공정의 자동화, 모듈 설계와의 통합, 장기 신뢰성 확보, 친환경성 확보 등의 과제가 병행되어야 한다.

향후 배터리 제조사 및 자동차 OEM 간의 전략적 협력, 고분자·나노복합소재 분야의 융합 연구, 공정기술과의 동시 개발 등을 통해, EV 산업을 이끄는 접착·점착 기술이 더욱 고도화될 것으로 기대된다. 이러한 진화는 궁극적으로 보다 안전하고 지속 가능한 전기차 생태계 조성에 핵심적인 기여를 하게 될 것이다.