[배터리] 배터리 공정

배터리 공정 과정

전극 공정 → 조립 공정 → 화성(활성화) 공정 → 팩 공정

 

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• 전극 공정
  • 믹싱 : 활물질에 도전제, 바인더, 용매를 넣고 섞어 슬러리 생성 (배터리 제조에 필요한 각종 원자재를 계량하여 투입, 혼합→배터리 소재의 기초가 되는 활물질과 용매 등 골고루 섞어 슬러리를 만듦)
  • 코팅 : 양극판은 알루미늄 기재, 음극판은 구리 기재 사용. 활물질, 도전제, 바인더가 고루 섞인 슬러리를 기재 위에 정해진 패턴 및 일정한 두께로 코팅한 후 Dry air로 용매를 증발시키는 공정 (코팅기계를 통해 구리포일과 알루미늄 포일에 전극 슬러리를 얇고 고르게 코팅. 100도 이상 오븐에 건조) Strip코팅 vs 패턴 코팅 - 스태킹 방식에 따라 달라짐
  • 프레스 : Roll to Roll 장비를 이용하여 기재와 활물질이 잘 붙도록 압력을 가하여 전극 두께를 줄이고, 에너지 밀도를 높이는 공정. 두께만 줄고, 길이는 일정, 이온의 원활한 이동성 부여 (롤 프레싱 공정에서는 두개의 커다란 압연사이로 코팅된 전극을 통과시켜 납작하게 만듦)
  • 슬리팅 : 슬리터를 이용해 설계된 전지 규격에 맞춰 전극 폭을 자르는 공정 (압축시킨 전극을 배터리 모델 사이즈에 따라 세로방향으로 자름)
  • 노칭 : 양극과 음극 탭을 제조하기 위해 배터리 모양에 맞추어 극판을 알맞은 크기로 자르는 공정(배터리 제작 사이즈에 맞춰 전극을 가로로 재단, V자홈과 양극, 음극탭을 만듦)

 

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• 조립 공정 
  • 원통형 배터리의 경우
    • 와인딩 : 양극판과 음극판 사이에 분리막을 넣고 돌돌말아 젤리롤을 만들어주는 공정
    • 어셈블리 : 알루미늄 캔에 만들어진 내용물을 넣고 위치를 고정시킨 후 전해액 삽입 → 뚜껑 덮고 밀봉
  • 파우치 배터리의 경우
    • 노칭 : 스태킹 형태의 cell을 만들기 위한 전처리 과정. Cell 폭에 맞게 잘라서 낱장으로 사용
    • Lamination 공정 : 단위 Bi-Cell 형태의 반제품을 만드는 공정. 2~3개의 극판을 분리막을 사이에 두고 적재한 형태의 바이셀을 만들며 만들어지는 순간 열을 가해 튼튼하게 형상 유지
    • Folding/Stacking 공정 : 바이셀을 분리막 위에 두고 분리막 채로 감거나 바이셀을 적층하여 배터리안에 들어갈 내용물을 만드는 공정
      • LG에너지솔루션의 경우 : 라미네이션&스태킹 공정 → Z스태킹 공정(GM리콜 이후)
        • 라미네이션&스태킹 : 셀과 분리막을 접지 않고 그대로 쌓아올리는 방식
          장점 - 생산성이 높고, 내부 공간효율을 극대화하여 용량을 증가시킬 수 있음
          단점 - 라미네이션 과정에서 분리막 정렬이 어긋나는 등 생산공정 과정에서 관리해야할 것이 많음
        • Z스태킹 : 양극, 음극을 낱장으로 재단 후 분리막과 번갈아 쌓는 방식
          장점 - 배터리 셀 내부의 음극과 분리막 부재 등의 문제 해결 가능
                  30PPM 이상의 적층 속도에서도 배터리 셀 정렬이 틀어지지 않아 내부 단락이 거의 없음
          단점 - 생산 효율성이 비교적 낮음
    • 탭 웰딩 : 단일 극판으로부터 흘러나오는 전류를 한 곳으로 모으는 공정, 스태킹 된 배터리 양극과 음극에 알루미늄과 구리 탭을 무지부에 접착시키는 공정조립 공정
    • 패키징 : 전하액을 주입한 후 최종 전지 형태로 모형을 형성하고 밀봉화성 공정

 

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• 화성 공정
  • Aging : 충방전 이후 전압값이 안정적인 범위로 돌아올 때까지 기다리는 시간 (PreAging조립된 배터리 내부의 전해액이 분리막 사이사이에 충분히 스며들기를 기다리는 시간)
  • 충방전 : 최초 충전 공정으로 방전 상태의 셀을 활성화 시키는 공정으로, 화성공정내 비중이 80%이상 CV방식 CC방식
  • Degas 공정 : 부반응의 결과로 나오는 Gas를 빼주는 공정
  • 등급분류 : 화성공정 중 마지막 단계에서 각 설비로부터 얻는 Data를 기반으로 전지 등급 분류
  • 불량선별 : 선별기는 충방전기 및 IR/OCV로부터 측정된 데이터를 바탕으로 셀의 불량을 판정

 

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• 팩 공정
  • 모듈공정 : BMS부품과 Cell연결
  • 팩 조립 공정
  • 검사 장비를 통해 셀 불량 점검 후 포장 및 출하
  • 검사, 탈철, 자동화장비

 

참고 문헌

 - 2차전지의 모든 것 (교재)

 - LG엔솔과 SK이노의 셀 공정법, 무엇이 다른가

LG엔솔과 SK이노의 셀 공정법, 무엇이 다른가 - Byline Network

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 - LG에너지솔루션 유튜브 채널