리튬이온 배터리 셀 제조 공정의 조립공정
리튬이온 배터리 셀 제조 공정의 전극공정 (Lithium-Ion Battery cell electrode manufacturing of production process
전극 공정이란 쉽게 말해 Anode(+)과 Cathode(-)극을 만드는 공정입니다. 전극 공정은 원재료를 혼합하는 믹싱(mixing) 공정, 혼합된 슬러리(Slurry)를 포일에 도포하는 코팅(Coating)공정, 도포된 전극을 건
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진공 건조까지 완료 된 Daughter roll을 가지고 실제 배터리로 만들기 위한 작업을 조립공정에서 진행하게 됩니다. 배터리 조립공정은 배터리 형태에 따라 크게 파우치형, 원통형, 각형 이렇게 세가지로 분류하게 됩니다.
공정 프로세스는 두가지로 나뉜는데 오늘은 파우치형 공정에 대해서 한번 알아보겠습니다.
- 파우치형
- 원통형,각형
파우치형
Separation 공정
먼저, 전극 공정에서 완성된 롤소재(Daughter roll)를 노칭(Notching)공정을 거쳐 기존 Roll에서 실제 사이즈에 맞도록 재단하고, 양극(+)과 음극(-) 탭을 만들어 줍니다. 기존 롤 소재는 Unwinding 설비를 이용해 Separation 장비에 들어가게 되고, 절단 프로세스는 일반적으로 Punching 머신에 의해 연속적으로 수행 됩니다. 이 과정의 핵심은 얼마나 깔금하고 빠르게 재단되고 펀칭되는지가 중요합니다.
Stacking 공정
적층 과정은 양극의 전극판을 교차로 쌓아주는 역할을 수행하면서 동시에 양극판 사이에 분리막소재를 넣어주는 과정을 수행 합니다. 다양한 제조업체의 Stacking 설비를 통해 적층되고 일반적으로 Z-Folding 이라는 적층 방식으로 적층됩니다. Stacking 과정 중 개별 시트들이 일정하게 쌓여야하며 이 때 주로 진공 그리퍼를 이용해 적층합니다.
Packaging 공정
파우치형의 패키징 공정은 Stacking 공정을 통해 쌓인 전극판을 한개의 포일로 밀봉하는 과정입니다. 먼저, 노칭 공정을 통해 미리 만들어둔 양극의 탭을 용접으로 연결시켜줍니다. 그리고 미리 만들어진 파우치 포일에 전극판을 안착시킵니다. 그리고 씰링하여 마무리합니다. 이 때, 생성 될 수 있는 가스와 전해액 주입을 위해 한 쪽은 개방상태로 3면을 씰링합니다. 파우치 포일은 주로 알루미늄을 사용하고, 탭을 연결하기 위한 용접은 15kHz~40kHz 초음파 용접을 실시 합니다.
Electrolyte Filling (전해액 주입 공정)
Packaging 공정 후 전해액을 주입해 주어야 합니다. 이때 진공상태에서 전해액을 주입하고 고정도 투약 바늘을 통해 전해액을 주입합니다. 전해액을 주입하는 과정 중에 불활성가스의 공급과 진공상태로 만들어주는 동작을 압력 프로파일에 맞게 수행해야 하며 이 과정을 거친 뒤 배터리의 Cell들은 활성화됩니다.
원통형, 각형
Winding 공정
전극 공정에서 연속적으로 전극물질을 코팅해서 제작된 기존 롤을 양극(+), 분리막(Separator), 음극(-)이 같이 포개어 지도록 Winding 합니다. 이 때, 각형의 경우는 Flat Winding으로 두루마리 휴지가 찌그러진 형상으로 Winding 하고, 원통형은 일반적인 Roll 에 Winding 하듯이 Winding 합니다. 이렇게 생성된 Roll을 Jelly roll이라 부릅니다. 이렇게 만들어진 Jelly roll은 테이핑으로 마무리 합니다.
Packaging 공정
이렇게 만들어진 Jelly Roll은 파우치형과는 다르게 각 형태에 맞는 견고한 금속 하우징에 삽입합니다.
각 형의 경우 절연호일을 감싼 뒤, 하우징에 넣고 가장자리까지 압착하고 탭과 단자대를 용접합니다. 그리고 단자대가 붙어있는 상부 케이스와 레이저 용접하여 마무리 합니다.
원통형의 경우 절연체를 케이스 하부에 주입하고 젤리롤을 원통으로 삽입합니다. 그리고 음극(-)은 원통 하부에, 양극(+)은 원통 상부에 용접 됩니다. 마지막으로 절연링이 뚜껑 상부에 부착 됩니다.
Electrolyte Filling 공정
전해액 충진은 젤리롤이 하우징 내부에 삽입된 후 진행 됩니다. 각형, 원통형 전해액 충진 또한 파우치형과 마찬가지로 진공상태에서 고정도 투약 바늘에 의해 시행됩니다. 압력 프로파일에 의해서 진공상태와 불황성가스 투입을 교차로 수행해야 하며, 이 과정을 거친 후 배터리는 활성화 됩니다. 전해액 충진 후 마지막으로 하우징을 밀봉하기 위한 용접을 진행합니다.