리튬 이온 배터리는 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 응용 분야별로는 에너지 저장용 배터리, 전력용 배터리, 가전제품용 배터리로 나눌 수 있습니다.
- 에너지 저장용 배터리는 통신 에너지 저장, 전력 에너지 저장, 분산형 에너지 시스템 등을 포함합니다.
- 전원 배터리는 주로 전력 분야에서 사용되며 신에너지 자동차, 전기 포크리프트 등의 시장에 공급됩니다.
- 가전제품용 배터리는 스마트 미터링, 지능형 보안, 지능형 교통, 사물 인터넷 등을 포함한 소비자 및 산업 분야를 포괄합니다.
리튬이온전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막, 집전체, 바인더, 도전제 등으로 주로 구성된 복잡한 시스템으로, 양극과 음극의 전기화학적 반응, 리튬이온 전도 및 전자 전도, 열확산 등의 반응이 수반됩니다.
리튬 배터리의 생산 공정은 비교적 길고, 50개 이상의 공정이 포함됩니다.
리튬 배터리는 형태에 따라 원통형, 각형 알루미늄 쉘, 파우치형, 블레이드형 배터리로 구분할 수 있습니다. 생산 공정에는 약간의 차이가 있지만, 전반적으로 리튬 배터리 제조 공정은 전공정(전극 제조), 중간 공정(셀 합성), 그리고 후공정(형성 및 패키징)으로 나눌 수 있습니다.
이 글에서는 리튬 배터리 제조의 전단계 공정을 소개합니다.
전단 공정의 생산 목표는 전극(양극 및 음극)의 제조를 완료하는 것입니다. 주요 공정으로는 슬러리화/혼합, 코팅, 캘린더링, 슬리팅, 다이커팅 등이 있습니다.
슬러리화/혼합
슬러리화/혼합은 양극과 음극의 고체 전지 재료를 균일하게 혼합한 후 용매를 첨가하여 슬러리를 만드는 과정입니다. 슬러리 혼합은 전단 공정의 시작점이며, 이후 코팅, 캘린더링 및 기타 공정을 완료하기 위한 전조입니다.
리튬 배터리 슬러리는 양극 슬러리와 음극 슬러리로 나뉩니다. 활물질, 전도성 탄소, 증점제, 바인더, 첨가제, 용매 등을 혼합기에 비율에 맞게 넣고 혼합하여 코팅용 고액 현탁 슬러리를 균일하게 분산시킵니다.
고품질 혼합은 후속 공정의 고품질 완료를 위한 기초이며, 이는 배터리의 안전 성능 및 전기화학적 성능에 직간접적으로 영향을 미칩니다.
코팅
코팅은 양극 활물질과 음극 활물질을 각각 알루미늄 호일과 구리 호일에 코팅하고, 전도성 물질과 바인더를 결합하여 전극 시트를 형성하는 공정입니다. 이후 오븐에서 건조하여 용매를 제거하고, 고체 물질을 기판에 접착시켜 양극 및 음극 시트 코일을 형성합니다.
음극 및 양극 코팅
양극 재료: 적층 구조, 스피넬 구조, 올리빈 구조의 세 가지 유형의 재료가 있으며, 이는 각각 3원 재료(및 코발트산리튬), 망간산리튬(LiMn2O4) 및 인산철리튬(LiFePO4)에 해당합니다.
음극재: 현재 상용 리튬 이온 배터리에 사용되는 음극재는 주로 탄소 재료와 비탄소 재료로 구성됩니다. 탄소 재료로는 현재 가장 많이 사용되는 흑연 음극을 비롯하여 무질서 탄소 음극, 하드 카본, 소프트 카본 등이 있으며, 비탄소 재료로는 실리콘 기반 음극, 리튬 티타네이트(LTO) 등이 있습니다.
프런트엔드 공정의 핵심 링크로서, 코팅 공정의 실행 품질은 완성된 배터리의 일관성, 안전성 및 수명 주기에 큰 영향을 미칩니다.
캘린더링
코팅된 전극은 롤러를 통해 더욱 압축되어 활물질과 집전체가 서로 밀착되도록 합니다. 이를 통해 전자의 이동 거리가 줄어들고 전극 두께가 얇아져 충전 용량이 증가합니다. 동시에, 전지 내부 저항을 낮추고 전도도를 높이며, 전지의 체적 이용률을 향상시켜 전지 용량을 증가시킬 수 있습니다.
캘린더링 공정 후 전극의 평탄도는 후속 슬리팅 공정의 효과에 직접적인 영향을 미칩니다. 전극 활성 물질의 균일성 또한 셀 성능에 간접적으로 영향을 미칩니다.
슬리팅
슬리팅은 넓은 전극 코일을 필요한 폭의 좁은 조각으로 세로 방향으로 연속 절단하는 작업입니다. 슬리팅 과정에서 전극은 전단 작용을 받아 파손됩니다. 슬리팅 후 모서리의 평탄도(버 및 휘어짐 없음)는 성능 검사의 핵심입니다.
전극 제작 공정은 전극 탭을 용접하고, 보호 접착지를 도포하고, 전극 탭을 감싼 후, 후속 권취 공정을 위해 레이저로 전극 탭을 절단하는 단계로 구성됩니다. 다이커팅은 후속 공정을 위해 코팅된 전극을 스탬핑하고 형상을 형성하는 공정입니다.
리튬이온 배터리의 안전 성능에 대한 높은 요구 사항으로 인해, 리튬 배터리 제조 공정에서는 장비의 정확성, 안정성 및 자동화가 매우 요구됩니다.
리튬 전극 측정 장비 분야의 선두주자인 Dacheng Precision은 리튬 배터리 제조의 전단 공정에서 전극 측정을 위한 일련의 제품을 출시했습니다. 여기에는 X/β선 면밀도 측정기, CDM 두께 및 면밀도 측정기, 레이저 두께 측정기 등이 있습니다.
- 슈퍼 X-선 면밀도 측정기
1600mm 이상의 코팅 폭 측정에 적합하고, 초고속 스캐닝을 지원하며, 얇아진 부분, 스크래치, 세라믹 엣지 등 세부적인 특징을 감지합니다. 또한, 폐루프 코팅에도 도움을 줄 수 있습니다.
- X/β-선 면밀도 측정기
배터리 전극 코팅 공정과 분리막 세라믹 코팅 공정에서 측정 대상의 면밀도에 대한 온라인 테스트를 실시하는 데 사용됩니다.
- CDM 두께 및 면밀도 측정기
코팅 공정에 적용할 수 있습니다: 코팅 누락, 재료 부족, 긁힘, 얇게 만드는 부분의 두께 윤곽, AT9 두께 감지 등 전극의 세부적인 특징을 온라인으로 감지합니다.
- 다중 프레임 동기 추적 측정 시스템
리튬 배터리의 양극 및 음극 코팅 공정에 사용됩니다. 여러 개의 스캐닝 프레임을 사용하여 전극에 대한 동기식 추적 측정을 수행합니다. 5프레임 동기식 추적 측정 시스템은 습윤 필름, 순 코팅량 및 전극을 검사할 수 있습니다.
- 레이저 두께 측정기
리튬 배터리의 코팅 공정이나 캘린더링 공정에서 전극을 검출하는 데 사용됩니다.
- 오프라인 두께 및 치수 게이지
리튬 배터리의 코팅 공정이나 캘린더링 공정에서 전극의 두께와 치수를 감지하는 데 사용되어 효율성과 일관성을 향상시킵니다.
게시 시간: 2023년 8월 31일
