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리튬이온 배터리 '권취' 공정 & '빗감김' 불량 이란?
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작성자 관리자 댓글 0건 조회 141회 작성일 24-07-24 09:41본문
1. 리튬 이온 배터리의 권취(卷取, Winding) 공정 ;
권취(卷取)는 어떤 것을 감아서 취하는 과정을 의미합니다. 배터리 제조 공정에서 말하는 권취는 배터리의 여러 층을 돌돌 말아 감아서 하나의 셀로 만드는 과정을 나타냅니다. 배터리 권취는 리튬이온 배터리를 제조할 때 사용되는 공정 중 하나이며 이 공정에서는 얇은 양극(Positive electrode), 음극(Negative electrode), 그리고 분리막(Separator)을 롤 형태로 말아 배터리 셀을 형성합니다. 권취 과정은 배터리의 성능과 안전성에 매우 중요한 역할을 합니다.
2차 전지 생산과정에서 권취공정은 권취기를 통해 양극 시트, 음극 시트 및 분리막을 함께 롤링하며 인접한 양극 및 음극 시트는 단락을 방지하기 위해 분리막으로 격리됩니다. 분리막, 양극, 분리막, 음극, 그리고 다시 분리막 순서로 쌓은 재료들을 권취하는 과정에서는 정해진 설계 용량에 맞게 몇 바퀴를 감을지, 어떤 모양(각형 또는 원통형)으로 감을지 결정하게 되며 돌돌 말린 것을 '젤리 롤(Jelly Roll)'이라고 부르기도 합니다. 이후 외관을 감싸는 캔에 이 젤리롤을 넣고, 리튬 이온을 담당하는 전해액을 투입한 후 뚜껑을 닫은 다음 외부에 남은 전해액이나 이물질 확인을 하고 이력을 기재한 후 다음 공정으로 넘어갑니다.
권취 후 젤리 롤이 터지는 것을 방지하기 위해 터미네이션 테이프로 고정한 후 다음 공정으로 흘러갑니다. 이 공정에서 가장 중요한 것은 양극과 음극 사이에 물리적인 접촉 단락이 없도록 하고, 음극 시트가 수평 및 수직 방향 모두에서 양극 시트를 완전히 덮을 수 있는지 확인하는 것입니다. 다수 실험 데이터에 따르면 권취한 젤리 롤의 품질이 최종 완성 배터리의 전기/화학적 성능과 안전에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
2. 빗감김 불량 (Misalignment Winding Defect) ;
빗감김 불량은 권취 공정에서 발생할 수 있는 대표적인 문제 중 하나로써 배터리의 여러 권취 층이 고르게 말리지 않고 어긋나거나 겹치는 현상을 의미합니다. 이 불량이 발생하면 여러 가지 문제가 생길 수 있습니다.
- 빗감김 불량 발생시 문제점
- 전기적 성능 저하: 권취가 고르지 않으면 배터리의 내부 저항이 증가하고, 전류 흐름이 원활하지 않아 배터리의 효율이 떨어집니다.
- 단락(Short Circuit) 위험: 양극과 음극이 분리막을 통해 잘 분리되지 않으면 서로 접촉할 가능성이 높아지고, 이는 단락을 유발하여 배터리가 폭발하거나 화재가 발생할 수 있습니다.
- 불균일한 충방전: 권취 불량으로 인해 배터리 내부의 전기 흐름이 불균일해지면 충전과 방전 시 성능이 일정하지 않게 됩니다.
- 빗감김 불량의 원인
- 권취 장비의 문제: 권취 기계의 설정이나 조정이 잘못되어 있으면 층들이 균일하게 말리지 않을 수 있습니다.
- 재료의 불량: 양극, 음극, 분리막의 품질이 좋지 않거나 두께가 일정하지 않으면 권취 과정에서 불량이 발생할 수 있습니다.
- 공정 조건의 변화: 온도, 습도 등 외부 환경이 권취 공정에 영향을 미쳐 불량을 유발할 수 있습니다.
- 해결 방안
- 정밀한 장비 설정: 권취 기계를 정확하게 설정하고 정기적으로 점검하여 불량을 줄일 수 있습니다.
- 고품질 재료 사용: 균일한 두께와 품질을 가진 재료를 사용하여 권취 불량을 방지할 수 있습니다.
- 환경 관리: 제조 공정이 일어나는 환경을 철저히 관리하여 외부 요인으로 인한 불량을 최소화할 수 있습니다.
이와 같은 방법을 통해 배터리 권취 공정에서 발생할 수 있는 빗감김 불량을 예방하고, 고품질의 배터리를 생산할 수 있습니다.
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