앞서 배터리 제조 4대 공정(전극 공정 → 조립 공정 → 화성 공정 → 팩 공정)중 두 단계에 대하여 알아보았습니다.
짧게 정리하면 크게 세가지 타입(원통형, 각형, 파우치형)은 조립 공정에서 나뉘게 된다고 알아보았습니다.
와인딩 방식과 스태킹 방식으로 말이죠.
이번 시간에는 와인딩 방식을 이용한 원통형 배터리와 각형 배터리의 조립공정에 대하여 자세히 알아보겠습니다.
원통형 배터리의 조립 공정
전극 공정을 마친 양극과 음극을 분리막과 곂쳐, 맨드릴(Mandrel)이라는 기계에 적당 길이를 감아 오른쪽 사진의 ‘젤리롤’ 형태를 만듭니다.
원통형 배터리 외부 캔 케이스를 보면 양극은 튀어 나와있고 음극은 평평한데 각각 끝자락에 붙어있기 위해 위와 같이 연장을 해줍니다.
이후 우리가 아는 형태의 원통형 캔속에 ‘젤리롤’을 집어넣어 음극 끝단에 ‘비딩(Beading)’이라는 스폿 용접 작업을 통해 캔 안쪽에서 탭이 고정이 됩니다.
음극 ‘비딩(Beading)’ 까지 완료되고 전해액 주입 공정이 이어집니다. 캔 속을 진공 상태로 만들고 노즐을 통해 전해액을 주입하며 외부 압력을 가하여 전극의 기공을 통해 전해액이
스며들게 합니다. 이후 양극 탭 뚜껑을 씌워 비딩(Beading)과 Crimping방식을 통해 원통을 밀봉합니다.
이제 마지막으로 절연 튜브를 외부에 씌우면 우리가 보는 원통형 리튬 이차전지의 형태가 만들어지게 됩니다.
여기서 추가로 단전지 보호를 위해 ‘PCM(Protection Circuit Module)’을 적용하여 제품화 되기도 합니다. 원통형 옆에 길게 보호용 PCB를 추가하여 최종 밀봉을 하는 것이죠.
‘PCM’은 단전지 형태로도 부착되기도 하고, 제조사에서 커스터마이징이 가능하여 2개 이상의 셀이 직,병렬로 포장되어 제품화 하기도 합니다.
원통형 셀 명명법
가장 익숙한 ‘18650전지’의 의미는 지름18mm, 높이65mm 이며 ‘1865전지’라고 불러도 무방합니다. 끝에 붙은 0의 의미는 원통형이라는 의미 입니다.
‘18650배터리’ 이외 ‘21700배터리’, ‘26800배터리’와 ‘46800배터리’도 대표적인 예로 들 수 있습니다.
우리 코인셀을 보면 지름과 높이 이렇게 4자리의 숫자만으로 상품 스펙을 나타내는 것과 같습니다.
각형 배터리의 조립 공정
각형 배터리도 마찬가지로 전극 공정을 마친 양극과 음극을 분리막과 함께 와인딩 작업을 통해 약간 다르게 생긴 ‘젤리롤’ 형태를 만듭니다.
알루미늄 메탈 케이스 또는 캔속에 웰딩 작업을 마친 젤리롤을 삽입후 용접을 통해 밀봉하고 작은 구멍으로 전해액을 주입하면 각형 배터리의 조립 공정이 마무리 됩니다.
이러한 와인딩 방식으로 제작 된 각형 배터리가 기존의 방식이고, 데드 스페이로 인한 낮은 에너지 밀도를 보완하기 위해 현재는 스태킹 방식 도입을 많이 사용중입니다.