2차전지 빡공 스터디 3기 3일차 학습일지

 

엔지닉 2차전지 빡공스터디 마지막 날인 3일차 공부를 마쳤습니다.

 

오늘은 전지 제조 기술로 1. 전극 제조, 2. 전지 조립, 3. 화성 공정 총 세 과정에서 원통형, 각형, 파우치형 전지가 각각 어떻게 만들어지는지에 대하여 학습하였습니다.

 

1. 제조 공정

1) 믹싱 - 코팅을 위한 슬러리를 제조하는 과정

양극 (single peak) : PVDF 바인더 + NMP 용매

음극 (double peak) : 인조흑연은 PVDF 바인더, 천연 흑연은 SBR 바인더 사용 (비표면적에 차이에 의함)

 

2) 코팅 - 코터기를 이용 / Implingement type 사용

양극 : 알루미늄박에 전극 코팅

음극 : 동방에 전극 코팅

 

코팅 공정에 영향을 받는 변수

1) 로딩량 : slit 간격 결정

2) 전극 면적 : 활물질량 결정

3) N/P ratio : 양극과 달리 음극은 금속이 아니므로, 과충전시 리튬금속의 석출현상을 방지하기 위해 고려

 

3) 압연

- 금속 압연과 다르게 전지의 전극 압연은 압연 시 길이가 일정하므로 부피 감소

- working roll과 back-up roll로 구성 / 2 high roll

 

압연 목적

1) 두께 감소로 전극 밀도 증대 : 합제 밀도를 조절할 수 있음

2) 세라믹인 전극과 금속박 간의 결합력 증대

3) 리튬의 활물질 출입을 원활하게 함

 

4) 슬리팅

- 전극을 잘라 roll 만들기

- 파우치형은 Stamping (= Punching) 이 Slitting을 대체

 

5) 진공 건조

점보롤 형태로 건조 > 수분 제거

- 슬리팅 > 진공 건조 > 와인딩 은 연계하여 품질 관리 필요

 

 

    2. 조립 공정

 

1) 원통형 전지 : 와인딩 > Tap 용접 > 전해액 주입 > 전지 밀봉

- 전해액 주입은 진공 > 주입 > 가압 으로 진행

- 주입 전후 전해액 주입량 측정 : 전해액 양이 전지 성능에 가장 중요한 역할

- Top cap : (+) / Can : (-)

 

2) 각형 전지 : 와인딩 > Tap 용접 > 전지 밀봉 (레이저 용접) > 전해액 주입 > 전해액 주입구 밀봉 

- 원통형 전지와 다르게 전지 밀봉 > 전해액 주입 순 : 레이저 용접 시 전해액에 의한 화재 발생 위험성 때문

- Top cap : (-) / Can : (+) -> Cu tab이 캔 면적보다 작으므로 Area effect로 인한 빠른 Galvanic corrosion 때문

 

3) 자동차형 전지

- Strip coating : 무지부 전체가 집전 역할 수행

- Floating type의 각형 전지

- Top cap : 양극, 음극 모두 존재 / Can : 무극성

 

4) 파우치 전지 : 파우치 성형 > 젤리롤 제조 > 전해액 주입 > De-gassing

- 초음파 용접 이용

- 가압 불가하므로 roller를 이용하여 전해액 주입 : 이 과정에서 gas 발생

- De-gassing : 진공 실링 후 가스가 모인 Air pocket을 절단

 

전지 조립의 핵심 공정 (= 회사 별 기술 차이가 큰 어려운 공정)

1) 와인딩 공정

- 분진 발생 정도로 업체 기술 수준 평가

 

2) 전해액 주입 공정

 

3) 용접 공정

- DC-IR : 전자가 흐르는 통로의 건전성 평가

- AC-IR : 전해액 channel의 건전성 평가

 

 

    3. 화성 공정

1) Formation : 1차 충전 공정 / 전지 활성화

 

2) Aging : 전해액 cahnnel 안정

 

3) 불량 선별 : 금속 이물 (동, 니켈, 철) 선별 / 소요 기간을 초기 14일에서 고온 aging을 이용하여 7일 이내로 줄일 수 있지만, 위험성도 높으므로 금속 이물 관리가 중요함

 

 

품질 문제

1) 초급 - 전해액 누액 : 원통형 전지에서 밀봉 분량

 

2) 중급 - Zero 전압 : 용접 불량으로 dead cell

 

3) 고급 - Swelling : 전지의 부풂 현상 / 메이저 업체에서도 발생하는 문제

 

 

수명 열화 단계

1) 젤리롤 변형 : 장수명 전지를 위해서는 이 1단계를 길게 가지는 것이 중요함

 

2) 음극 표면의 SEI 필름 파괴 & 재형성

 

3) 전해액 고갈

 

 

전지 부품

- 금속 캔 : Progressive stamping (6~7단계의 deep drawing)

- CID (전류 차단 벤트) : Sony 개발 / 터지면서 가스 방출 + 전류 차단 역할

- 센터 핀 : 젤리롤 지지대 + 연기 방출하는 굴뚝 역할 / 하트 모양 단면의 스테인리스 강 튜브 사용

 

 

 

3일이라는 짧은 시간이었지만 처음 기대했던 것 보다 훨씬 유익하고 많은 도움을 받았던 시간이었습니다.

항상 학교에서, 혹은 개인적으로 2차전지공부를 하면서 공부의 방향이 소재 중심의 원론적인 내용에 집중되다보니 실제 취업 면접을 위한 공부는 어떻게 해야할지 걱정이 되었습니다.

그러다 우연히 엔지닉 2차전지 빡공스터디를 알게 되어서 참여하였는데 제가 평소 공부가 필요하다 느꼈던 '숲을 볼 수 있는 공부'를 단기간 동안 효율성 있게 '빡공'하면서 고민이 많은 부분 해결 된 것 같습니다.

 

다음에도 이러한 기회가 있다면 언제든지 참여하겠습니다 :)