2차전지 전공이론 7일완성 빡공스터디 4일차 - 전지 제조 기술 (2)-

[강의 내용]

파우치 전지 조립 공정
장점
1. 전자 흐름을 방해하는 캔과 부품이 없으므로 성능이 우수하다. (에너지 밀도, 출력, 열발산 능력 우수)
2. 와인딩 대신 stacking & folding 방식을 통해 젤리롤을 제조해 쉽다.

 

단점
1. 전극을 카드 모양으로 자르는 stamping 공정이 추가된다.
2. 파우치 성형 공정이 추가된다.

 

파우치 성형 공정 -> 알루미늄 실링지로 전극 포켓 + 가스 방출을 위한 에어 포켓을 만듦. 후에 전해액 롤러로 주입 후 에어 포켓을 제거하여 degassing 공정을 진행함

 

젤리롤 제조 -> 분리막을 folding 하며 카드 모양의 전극을 사이에 끼워 넣어 stacking 하며 젤리롤 제조. 무지부에 tab을 초음파 용접으로 붙임

 

전해액 주입 -> 각형이나 원통형 전지에서처럼 가압하여 주입하지 않고 롤러를 통해 강제로 주입하므로 가스가 발생하기 쉬워 에어 포켓에 가스가 채워지게 된다.
주입이 끝나면 실링하여 전지를 밀봉한다.

 

De-gassing 공정 -> 1차 충전 중 발생한 가스가 에어 포켓에 모여 부풀어 오르게 되고 이를 제거한다.

전지 조립 핵심 공정

1. 와인딩 공정
품질 요소 1. 전극 두께 균일도 2. 점보롤 직진도 3. 맨드릴 설계 4. 드럼의 장력

 

2. 전해액 주입 공정
압력을 가하여 전극과 분리막의 기공으로 서서히 침투시켜 전해액을 주입해야 한다.
전해액 노즐은 물과 알코올로도 세척하면 안된다. 전해액의 리튬염이 OH-과 반응하기 때문.

 

3. 용접 공정
저항 측정을 통해 품질 관리를 하게 된다.

DC-측정 : 1. 용접이 제대로 되었는지 확인 2. 전자가 흐르는 통로의 건전성 평가
AC-측정 : 1. 전해액 채널의 건전성 평가 (=이온이 흐르는 통로의 건전성 평가)

 

레이저 용접 時 레이저 빔이 캔 속으로 들어가 전극을 손상시키지 않도록 해야 한다.

 

화성 공정
불량 선별의 경우 전압과 저항 차이로 선별하게 된다.
금속 이물로 인해 65도 7일 방치 후 선별하게 된다.

단, 알루미늄, 스테인리스 강의 금속 이물의 경우 선별이 불가하므로 공정 간 이물 관리는 필수적이다.

 

품질 문제
1. 전해액 누액 – 밀봉 불량으로 발생
2. 제로 전압 – 용접 불량으로 인한 데드 셀 발생
3. 부풂 현상 – 가스 발생과 같은 현상으로 부풀어 오르는 불량으로 복합적인 원인이 있음.
캔의 목적 – 젤리롤이 필요 이상으로 부풀어 전기를 과생산하지 않도록 하여 균일성을 유지함.

 

수명 열화 단계

1. 젤리롤 변형 (초기 불량으로 전지 업체의 기술력의 핵심 또한 와인딩 공정과 밀접하게 관련) -> 젤리롤의 부피 변화로 변형 발생
2. 음극의 SEI 필름 파괴 -> 전해액을 소모 & 가스 발생
3. 전해액 고갈

 

전지 부품

1. CID(전류 차단 벤트) : 과충전 時 전류 차단하여 열폭주 방지 & 압력이 차면 터지면서 가스 방출하여 전지 기능 상실

2. 센터 핀 : 초기에는 지지대 역할이었으나, 센터 공간이 가스 방출의 통로라는 사실을 알게 되고 안전성에 중요한 역할을 하게됨.

혹사 조건에서는 센터 빈 공간의 단면이 하트 모양으로 변하므로 센터 핀의 모양 역시 하트 모양으로 바꾸어 안전성 개선

 

[소감]

전지의 폼 팩터에 따른 제조 공정을 자세히 학습하여 지식을 쌓았고, 이를 통해 중요한 관리 요소, 품질 요소들에 대해서도 생각하게되었다. 이는 전지 설계 업무때 큰 도움이 되겠다는 생각을 하게 되었다.