2차 전지 제조 공정은 전극공정과 조립공정, 활성화공정, 검사/조립 등이 있는데, 오늘은 전극공정을 알아보겠습니다. 2차 전지 장비에서 가장 중요한 것은 양극, 음극을 만드는 전극공정입니다,
(2023년 4월 8일 방송)
1. 배터리 장비
전극공정은 양극, 음극을 만드는 과정
전극공정이 제일 중요
미국 전기차 배터리 생산 능력
글로벌 시장 생산능력 전망
배터리 제조 공정
배터리 제조 공정은 전극공정 → 조립공정 → 활성화공정 → 포장/검사 등의 단계가 있다.
롤프레싱 형식으로 알루미늄박에 양극활물질과 도전재, 바인더가 섞인 슬러리를 얇게 붙인다.
2. 전극공정
전극공정은 양극과 음극을 만드는 공정인데, 믹싱 → 코팅 → 롤프레싱 → 슬리팅 → 노칭 단계를 거친다.
1) 믹싱 공정
믹싱 공정은 활물질과 도전재, 바인더, 용매를 섞어 슬러리를 제조하는 공정이다.
믹속공정 장비, 바인더
믹싱은 말 그대로 섞는 것이다.
믹싱공정 장비 - 티에스아이, 윤성에프앤씨
믹싱 공정 바인더 - 한솔케미칼
2) 코팅공정
코팅공정에 쓰는 장비를 코터라고 한다.
아주 얇은 동박과 알루미늄박 위에 균일하게 활물질을 도포하는데, 끊어지거나 구김이 없어야 한다. 기술난이도가 높아서 가장 중요한 공정이고 전체 공정의 18%를 차지하고 있다.
3) 롤프레싱 공정
코팅된 극판을 두 개의 압연기에 넣고 통과시켜서 얇고 평평하게 펴준다. 납작할수록 밀도가 증가하고 활물질과의 결합력이 향상되어 리튬의 이동이 원활해진다.
씨아이에스, 피엔티
4) 슬리팅 공정
얇게 펴진 전극을 배터리 크기에 맞게 절단한 후 전용 건조기를 통해 수분을 제거한다.
씨아이에스, 피엔티
5) 노칭 공정
노칭 공정은 탭을 만들기 위해 불필요한 부분인 무지부를 자르는 공정을 말한다. 무지부란 양극, 음극활물질이 도포되지 않은 빈 공간이다. 노칭 공정에 많이 시간 걸려서 병목 현상을 발생시킨다.
노칭 공정에서 프레스 장비는 칼날을 사용하여 절단하는 것이다. 백만 번 사용한 후 교체하는데 보통 3일 정도 소요된다. 양극판 생산 공정 2대, 음극판 생산 공정에 2대 필요하다. 칼날 마모 시 절단부가 매끄럽지 않고, 절단 시 이물질이 발생할 수도 있어서 수율이 저하된다. 엠플러스, 피엔티, 유일에너테크 등의 기업이 프레스 장비를 만든다.
레이저를 사용하여 무지부를 절단하는 것인데, 이물질 발생이 적고 균일하게 절단한다. 공정속도가 빠르고 칼날 교체가 없어서 유지 보수 비용이 절감된다. 양극판 생산 공정에 1대, 음극판 생산 공정에 1대 필요하다. 가격이 비싸지만 최근 레이저 노칭으로 교체하는 흐름이다.
LG에너지솔루션이 레이저 노칭 장비 도입에 적극적이다. 알루미늄박이 레이저를 반사해서 어려운데, 디이엔티는 국내에서 유일하게 양극판용 레이저 노칭 장비를 만들고 있다. 이에이테크놀로지, 필옵틱스 등의 기업도 레이저 노칭 장비를 만들고 있다.
3. 배터리 장비 4대장
1) 믹싱 - 윤성에프앤씨
SK온 100% 독점하고 있다. PD믹서가 메인 장비.
비중이 커지는 믹싱공정 장비
품질과 용량, 안정성을 좌우하기 때문에 믹싱과정이 중요하고, 하이니켈로 갈수록 균일하게 믹싱 하는 게 더 중요하다. 고객사마다 요구하는 것이 다르기 때문에 믹싱공정이 어렵다.
국산화 성공
국내 최초로 2,300L급 PD믹서 개발
안성 공장 증설
차세대 공정 - 연속식 믹싱 시스템
연속 생산을 하면 생산 준비 시간이 필요 없다. 그래서 생산성이 높아지고, 소규모 설비 규모, 완전 자동화, 지적인 품질 점검이 가능하다.
차세대 공정 - 건식 전극 공정
건식 전극 공정이란 슬러리 없이 활물질을 전극에 직접 접착하는 것이다. 슬러리를 건조하는데 시간과 비용도 많이 들고 환경에도 좋지 않은데 이를 위해 건식 전극 공정이 필요하다.
2) 코터 최강자 - 피엔티
피엔티의 주요 제품은 코터(코팅장비), 압연, 슬리터인데 코터가 주력 제품이다.
고객사는 LG에너지솔루션, SK온, SKC(SK넥실리스)
장비는 수주가 최고이다.
2차 전지 장비에서는 가장 큰 회사
3) 압연(롤프레싱) 최강자 - 씨아이에스
씨아이에스에서는 압연(롤프레싱)이 가장 중요
압연(롤프레싱)이 전극 공정 중에서 가장 높은 기술력을 요구하고 있는데, 배터리 밀도와 성능을 결정한다.
자회사 씨아이솔리드는 전고체 전해질을 개발하고 있다.
건식 전극장비 개발 중
건식 전극공정의 중요성
① 배터리 원가 최대 20~25% 절감
② 유기용매를 사용하지 않아서 친환경적
③ 부피대비 에너지밀도 개선
④ 80~100m 건조로를 없앨 수 있어서 에너지 절감
→ 결론적으로 배터리 가격 단가 하락 가능
4) 레이저 노칭장비 - 디이엔티
국내 유일의 양극용 레이저 노칭 장비 생산
5) 전극공정 장비 경쟁우위
4. 염블리와 함께 링크
(2023년 4월 8일 방송)
https://youtu.be/qra2HiA9t20?si=DP_pijrkLrvW-F2A
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