소개글
"음극전극제조기술"에 대한 내용입니다.
목차
1. 배터리 제조 공정
1.1. 배터리 제조 개요
1.1.1. 믹싱
1.1.2. 코팅
1.1.3. 압연
1.2. 코팅 공정
1.2.1. 정의
1.2.2. 양극/음극 기재 구분
1.2.3. 엔피비율(N/P Ratio)
1.2.4. 코팅 후 건조
1.2.5. 검사
1.3. 압연 공정
1.3.1. 정의
1.3.2. 중요성
1.3.3. 합제밀도
1.3.4. 이슈사항
1.4. 슬리팅 공정
1.4.1. 슬리팅의 정의
1.4.2. 슬리팅 공정 순서
1.4.3. 점보롤과 젤리롤의 차이
1.5. 노칭 공정
1.5.1. 노칭의 정의
1.5.2. 노칭 공정 내용
1.5.3. 노칭 장비 비교
1.6. 참고문헌
2. 이차 전지 기술 동향
2.1. 이차 전지의 구성 요소
2.1.1. 전극
2.1.2. 전해질
2.1.3. 분리막
2.2. 이차 전지와 소프트웨어
2.2.1. 알고리즘 프로세스
3. 참고 문헌
본문내용
1. 배터리 제조 공정
1.1. 배터리 제조 개요
1.1.1. 믹싱
믹싱은 배터리 제조 공정의 첫 단계로, 활물질, 도전재, 바인더를 투입하여 균일하게 섞는 과정이다. 구체적으로 활물질, 도전재, 바인더를 믹싱장비에 투입한 후 골고루 섞어 슬러리 형태로 만드는 작업을 의미한다. 이렇게 만들어진 슬러리는 이후 코팅 공정을 거치게 된다. 믹싱 공정은 배터리의 성능과 품질에 직접적인 영향을 미치는 중요한 공정이기 때문에, 각 원료의 배합비율과 혼합 조건을 정확하게 제어하여 균일한 슬러리를 만들어내는 것이 핵심이다.
1.1.2. 코팅
코팅공정은 배터리 제조 공정 중 전극 공정에 해당하는 공정이다. 믹싱공정의 결과로 얻어진 슬러리 형태의 물질을 기재 위에 일정한 두께와 패턴으로 바르는 공정을 말한다.
전극이 수평으로 이동하기 때문에 한번에 양면 코팅이 불가능하다. 따라서 한면이 코팅된 전극을 건조공정을 거쳐 다시 코팅 헤드쪽으로 가져와서 반대편을 코팅하는 방식으로 양면코팅을 진행한다.
양극판은 알루미늄 기재, 음극판은 구리 기재를 사용한다. 코팅공정에서는 음극과 양극의 활물질 용량비율을 엔피비율(N/P Ratio)이라고 하는데, 이는 성능과 안전성에 매우 중요한 설정요소이다. 엔피비율이 낮으면 용량이 증가하지만 안전성이 악화되고, 높으면 수명성능이 향상되므로 적정 엔피비율 설정이 필요하다.
코팅 후에는 건조 공정을 거치는데, 건조한 공기를 분사하여 코팅된 전극을 건조시킨다. 또한 베타선을 이용하여 원하는 만큼의 슬러리가 코팅되었는지 검사한다.
1.1.3. 압연
압연 공정은 롤투롤 장비를 이용하여 기재(AL, CU)와 활물질이 잘 붙도록 압력을 가하여 전극 두께를 줄이고, 에너지 밀도를 높이는 공정이다. 압연공정을 통하여 두께만 줄고 길이는 일정하게 유지하여 이온의 원활한 이동성을 부여할 수 있다. 필요에 따라 예열 과정을 거친 후 두 개의 큰롤(압연기)에 전극을 통과시켜 원하는 두께로 압축을 진행한다.
압연 공정은 전극 공정 중 가장 높은 기술력이 필요한 공정으로, 적절하고 균일한 압력 유지를 해야 경쟁력이 있는 제품이 생산될 수 있다. 전극 전체에 일정한 선압이 가해지도록 해야 하며, 특히 양극전극을 압연할 때는 열간 압연을 적용하여 보다 높은 압연율을 확보한다. 이는 알루미늄의 표면에 덮여있는 산화알루미늄 층을 부수고 기계적 접착력을 향상시키기 위함이다. 음극전극을 압연할 때는 다단압연을 통해 스프링백 현상을 방지한다.
압연 공정을 통하여 전극의 밀도가 결정되면 이를 합제밀도라고 한다. 합제밀도가 너무 높다면 셀에서 전해액 침투가 잘 되지 않는 문제가 발생한다. 압연이 끝난 전극들은 롤 상태의 부직포로 이물질을 제거한 뒤 와인딩한다.
과도한 압력을 가하게 되면 불량이 발생하며, 다결정 구조의 극판(NCM, NCA, LFP)의 경우 결정이 부서져 배터리 수명이 저하한다. 또한 흑연의 구멍과 통로 유지가 어려워지며, 전해액 침투가 어려워져 수명이 저하되는 이슈사항들이 있다.
따라서 압연 공정은 전지의 성능을 좌우할 만큼 매우 중요한 공정으로, 적정한 압력을 통해 전극 밀도를 확보하는 것이 핵심이다. 잘못된 압력을 가하면 불량이 발생하거나 전지의 성능에 문제가 생길 수 있으므로 주의 깊게 진행해야 한다.
1.2. 코팅 공정
1.2.1. 정의
코팅 공정은 믹싱 공정의 결과인 활물질, 도전재, 바인더가 섞인 슬러리 형태의 물질을 기재 위에 일정한 두께와 패턴으로 바르는 과정을 말한다. 전극이 수평으로 이동하므로 한번에 양면 코팅이 불가능하여, 한면이 코팅된 전극을 건조한 후 반대편을 코팅하는 방식으로 양면코팅을 진행한다.
1.2.2. 양극/음극 기재 구분
양극판은 알루미늄 기재를, 음극판은 구리 기재를 사용하여 코팅을 한다.
양극판의 경우 알루미늄 기재를 사용하는데, 이는 알루미늄이 가볍고 전기전도성이 좋아 양극 활물질을 코팅하기에 적합한 재료이기 때문이다. 알루미늄은 상대적으로 저렴한 금속이며, 높은 비용과 공급 불안정성의 문제가 있는 니켈이나 코발트와 비교할 때 장점이 있다.
반면 음극판의 경우 구리 기재를 사용한다. 구리는 우수한 전기전도성을 가지고 있어 음극 활물질을 지지하고 전자를 잘 전달할 수 있다. 또한 구리는 알루미늄보다 기계적 강도가 높아 전극 공정에서 발생하는 응력을 견딜 수 있다.
즉, 양극판과 음극판의 기재 물질을 각각 알루미늄과 구리로 사용하는 것은 전기화학적 성능과 기계적 특성, 공정 용이성 등을 고려한 최적화된 선택이라고 할 수 있다.
1.2.3. 엔피비율(N/P Ratio)
코팅 공정에서 음극과 양극의 활물질 용량비율을 엔피비율이라고 한다. 엔피비율은 코팅공정의 아주 중요한 설정요소로,...
참고 자료
블로그, https://m.blog.naver.com/lci0005/222251827354
웹사이트, https://m.blog.naver.com/hipha78/222884758379
Tuo Wang et al, “Ultrafast Charging High Capacity Asphalt-Lithium Metal Batteries”, ACS Nano, DOI: 10.1021/acsnano.7b05874
Yuki Yamada et al, “Hydrate-melt electrolytes for high-energy-density aqueous batteries”, NATURE ENERGY, DOI : 10.1038/nenergy.2013.129
Tian-Wen Zhang et al, Prawn Shell Derived Chitin Naonfiber Menbranes as Advanced Sustainable Separators for Li/Na-Ion Batteries, Nano Lett. , DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01875
Jianwei Li et al, “SMES/Battery Hybrid Energy Storage System for Electric Buses”, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 26, NO. 4
블로그, https://m.blog.naver.com/jgw1030/222444843408
블로그, https://www.bing.com/search?q=롤프레스+공정&cvid=4ed12e76f5024602bbcd697850d33380&aqs=edge..69i57.6072j0j9&FORM=ANAB01&PC=U531
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11