배터리 조립 공정(와인딩,스태킹)

1. 조립 공정

배터리 제조의 첫 공정인 전극 공정에서 양극과 음극이 완성되면 ‘4대 공정(전극 공정 → 조립 공정 → 활성화 공정 → 팩 공정)’ 중 두 번째인’조립 공정’ 단계로 넘어갑니다.

조립 공정은 양극과 음극에 있는 미세한 수분을 제거하는 V/D(Vacuum and Drying) 공정이 끝난 후 본격 시작됩니다.

배터리 4대 공정
[출처:배터리 인사이드]
앞선 ‘전극 공정’ 까지는 원통형, 파우치형, 각형 모두 같은 공정을 거치게됩니다.

이제 ‘조립 공정’ 부터 배터리 형태별로 극판을 쌓는 법, 전해질 주입, 밀봉하는 순서가 나뉘게 되며, 제조사마다 만드는 기술이 차이가 있습니다.


2. 극판 조립 방식

우선 극판을 사용하는 방식에는 크게 두 가지가 있습니다.

  • 롤 휴지 형태로 극판을 구부리는 ‘와인딩[Winding] 방식’
  • 뽑아 쓰는 티슈처럼 극판을 평평하게 놓고 곂쳐 쌓는 ‘스태킹[Stacking] 방식’으로 구분됩니다.
2-1) 와인딩(Winding) 방식
와인딩 방식
[출처:배터리 인사이드]

원통형과 각형 배터리를 만드는 방식의 첫번째 단계로 두루마리 휴지와 형태가 흡사합니다.

휴지심을 중심으로 빠르게 감을 수 있어 공정속도가 빠르고 생산 비용면에서 가장 큰 이점을 가지고 있는 공정 방식입니다.

돌돌 말린 소재 조합물을 ‘젤리롤(jelly roll)’이라 부르고,  이후 세부적으로 전해질 주입 방식과 양극 탭, 음극 탭을 내는 방식에서 원통형과 각형으로 나뉘게 됩니다.

이러한 와인딩 방식은 곡선이 생겨 각형 배터리로 만들 경우 모퉁이에 데드스페이스가 생겨 에너지 밀도 면에서 loss가 발생하기도 합니다.

그리고 용량을 늘리기 위해서는 젤리롤이 길어지는데, 이때 양극과 음극 정렬 상태가 틀어져 불량률이 높아지게 됩니다. 이를 보완하기 위해 용량을 나누어 여러개의 젤리롤을 이어 붙이는 방식으로 조립하기도 합니다.

그리고 와인딩 방식으로 생산된 각형 배터리의 에너지 밀도의 약점을 보완하기 위해 아래의 스태킹 방식을 도입한 각형 배터리도 제조 되고 있는 추세 입니다. 이 경우 각형 배터리의 내구성과 안전성을 보유하면서 높아진 에너지 밀도 두 장점 모두를 포함해 많은 이점을 가지게 됩니다.

원통형과 각형 배터리의 제조 공정은 따로 포스팅하여 정보를 전달 드리도록 하겠습니다.

2-2) 스태킹(Stacking) 방식
스태킹
[출처:배터리 인사이드]

스태킹 방식은 소재를 일정 길이로 잘라 이를 쌓는 방식입니다.

와인딩 방식보다 까다롭고 공정비가 높지만, 셀 사이의 뒤틀림이 적고 배터리 셀 내에 데드스페이스가 없어 와인딩 방식 대비 에너지 밀도를 높일 수 있다는 장점이 있습니다.

전극들과 분리막을 결합한 ‘Bi-Cell’ (양극or음극 / 분리막 / 음극or양극 / 분리막 / 양극or음극 형태의 한 장 집합 구조) 만들고, 전해액을 주입한 후 밀봉을하면 파우치 배터리가 됩니다. 

파우치형 역시 따로 포스팅을 하여 정보를 전달 드리도록 하겠습니다.

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