이 글에서는 2차 전비 제조 공정 중에서 전극 공정 다음인 조립, 활성화 공정에 대해 알아보도록 하겠습니다. 조립공정은 극판 쌓기, 탭 멜딩, 패키징, 전해액 주입 등의 과정을 거칩니다. 활성화 공정은 포메이션이라고 합니다..
(2023년 4월 15일 방송)
배터리 제조 공정
배터리 제조 공정에는 전극공정, 조립공정, 활성화공정, 포장/검사가 있습니다.
1. 조립공정
조립공정 : 극판 쌓기 → 탭 멜딩 → 패키징 → 전해액 주입
극판 쌓기
극판을 쌓을 때 원형, 각형은 와인딩 방식을 사용하고, 파우치형은 스태킹 방식을 사용한다. 와인딩 방식은 두루마리 휴지 형태로 극판을 구부리는 것으로 공정 속도가 빠르다. 스태킹 방식은 각 티슈처럼 극판을 평평하게 놓고 쌓는 것인데 높은 기술력이 필요하다. 셀 사이의 뒤틀림이 적고 배터리 셀 내에 빈 공간이 없어서 고밀도가 가능하다.
파우치 배터리
파우치 배터리는 밀도가 높아서 주행거리가 길고, 배터리 소재를 층층이 쌓아서 빈틈이 업고 설계가 자유로우며 무게가 가볍다는 장점이 있다. 반면에 생산단가가 비싸고 충격에 약하다는 단점이 있다.
파우치 배터리 조립
양극, 음극을 주머니에 넣는다고 생각하면 된다.
바이-셀 + 파우치 케이스
바이-셀(bi-cell)
양극판/분리막/음극판/분리막/양극판 - 전해액 넣기 전의 1차 반제품
라미네이션 & 스태킹(파우치형)
라미네이션 & 스태킹(파우치형) - LG에너지솔루션
Z스태킹(파우치형)
Z스태킹(파우치형)은 지그재그 형태의 분리막 사이로 양극과 음극을 교차하여 쌓는 것이다. 셀 스트레스를 최소화하고, 양극과 음극을 균일하게 쌓아서 화재 위험을 최소로 줄였다. SK온에서 이 방식을 사용한다.
스태킹 기업 - 엠플러스, 유일에너테크, 필옵틱스, 디에이테크, 하나기술
파우치 배터리 조립
전극 포켓에 양극, 음극을 넣고, 공기 포켓에 전해액을 넣는다. 공기포켓에 가스가 모이는데 공기포켓을 절단하여 가스를 제거해야 하는데 이것을 디게싱 공정이라고 한다.
원통형 배터리 제조 공정
각형 배터리 제조 공정
조립공정
조립 공정은 와인딩이나 스탠딩 형태로 극판을 쌓고, 탭 멜딩을 한다. 탭 멜딩이랑 양극, 음극에 알루미늄과 구리 탭을 붙이는 고정으로 초음파나 레이저를 이용한다. 탭을 붙인 후 알루미늄 파우치에 셀을 넣어 진공 포장을 하는 패키징 과정을 거쳐서 전해액을 주입한다.
2. 활성화 공정(포메이션)
활성화 공정(포메이션) : 에이징 → 충전 → SEI 막 형성 → 에이징 → 디게싱 → 충전용량 테스트 → 검사 → 방전 → 출하
에이징 → 충전 → SEI 막 형성
에이징은 만들어진 배터리를 30분~3시간 상온에서 보관하면 전해질이 양극, 음극에 잘 스며들게 한다. 전해질이 고르게 분산돼서 리튬 이온이 원활하게 이동한다.
그러고 나서 일부 충전하면 리튬이온이 음극으로 이동해서 전해질을 분해한다. 이때 음극 표면에 'SEI'막이 형성된다. 전자 이동을 막고 리튬 이온만 통과하게 한다. 내부 안정성, 배터리 성능, 수명 등을 개선한다.
활성화, 검사 공정
2차 에이징 → 디게싱 → 에이징 → 충전 → 에이징 → 충전 → 충전 용량 테스트 → 불량 배터리 선별 → 출하 직전 방전 → 출하
활성화공정(포메이션) 기업 - 엔에스, 원익피앤이, 하나기술, 에이프로
검사공정 기업 - 에스에프에이, 이노메트리, 인텍플러스, 엔시스
3. 셀, 모듈, 팩
셀 - 배터리 1
모듈 - 셀 12개(셀을 외부 충격에서 보호)
팩 - 모듈 8개
셀투팩 : 모듈 없이 바로 셀을 팩에 넣어서 비용 절감
접착제로 도포한 모듈케이스에 셀을 고정
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와이어링하네스 혹은 버스바를 이용하여 연결
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모듈 상부 커버 조립
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배터리 팩에 모듈 넣기
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BMS(배터리 관리 시스템) 설치 - 배터리 상태 모니터링, 성능 관리
물류/자동화 기업 - 에스에프에이, 코윈테크, 티로보틱스
4. 염블리와 함께 링크
(2023년 4월 15일 방송)
https://youtu.be/qZD23nFGVUY?si=rLrauQWY_A4tk4wW
