리튬 배터리 생산 공정

2025-03-26

리튬 이온 배터리는 양극, 음극, 다이어프램, 전해질, 유체 집전체 및 바인더, 도전제 등을 포함하는 복합 시스템입니다. 여기에는 양극과 음극의 전기화학 반응, 리튬 이온 전도, 전자 전도 및 열 확산 등의 반응이 포함됩니다. 리튬 배터리의 생산 과정은 긴 과정으로 50개 이상의 과정을 포함합니다.

리튬 배터리는 형태에 따라 원통형 배터리, 사각형 배터리 및 소프트 패키지 배터리로 나뉘며, 그 생산 과정에는 약간의 차이가 있지만 전반적으로 리튬 제조 과정은 첫 번째 단계(극 제조), 중간 단계(셀 합성), 마지막 단계(형성 및 포장)로 나눌 수 있습니다. 리튬 이온 배터리의 안전성 성능이 매우 높기 때문에, 배터리 제조 과정에서 리튬 배터리 장비의 정확성, 안정성 및 자동화 수준이 매우 요구됩니다.

리튬 전기 장비는 양극 및 음극 재료, 다이어프램 재료, 전해질 및 기타 원자재를 일련의 과정에 따라 제조 과정 장비로 제작하며, 리튬 전기 장비는 리튬 배터리의 성능 및 비용에 상당한 영향을 미치며, 결정 요인 중 하나입니다. 다양한 기술 공정에 따라 리튬 전기 장비는 전단 장비, 중단 장비 및 후단 장비로 나눌 수 있습니다. 리튬 생산 라인에서 전단, 중단 및 후단 장비의 가치는 약 4:3:3의 비율을 차지합니다.

첫 단계의 생산 목표는 (양극 및 음극) 극판의 제작을 완료하는 것입니다. 

이전 공정의 주요 공정은 혼합, 코팅, 롤 프레싱, 절단, 생산, 다이 컷팅이며, 관련된 장비는 주로 믹서, 코팅 기계, 롤 프레스, 슬라이싱 기계, 생산 기계, 다이 컷팅 기계 등이 포함됩니다.

슬러리 혼합(사용 장비: 진공 믹서)는 양극 및 음극의 고형 배터리 재료를 고르게 혼합한 후, 용매를 추가하여 슬러리로 저어주는 과정입니다. 슬러리 혼합은 이전 공정의 시작으로, 후속 코팅, 롤 및 기타 공정을 위한 기초를 완성하는 것입니다.

  코팅(장비: 코팅 기계)는 슬러리를 고르게 금속 호일에 코팅한 후 건조하여 양극 및 음극 조각을 만드는 과정입니다. 이전 공정의 핵심 부분으로서, 코팅 공정의 실행 품질은 완제품 배터리의 일관성, 안전성 및 생애 주기에 깊은 영향을 미치므로 코팅 기계는 이전 공정에서 가장 높은 가치의 장비입니다.

  롤 프레싱(사용 장비: 롤 프레스)는 코팅된 전극 시트를 추가로 압축하여 배터리의 에너지 밀도를 개선하는 과정입니다. 롤 프레싱된 후 전극의 매끄러움은 후속 절단 공정의 가공 효과에 직접적인 영향을 미치며, 전극의 활성 재료의 균일성은 셀의 성능에 간접적으로 영향을 미칩니다.

슬릿팅(사용 장비: 슬릿팅 기계)는 넓은 극 코일을 필요한 폭의 여러 좁은 조각으로 연속적으로 절단하는 과정입니다. 절단 과정에서 극 슬라이스가 전단 파괴 고장을 만나게 되며, 절단 후 엣지의 수준(버 없음, 쪼개짐 없음)은 슬릿팅 기계의 성능을 평가하는데 중요한 요소입니다.

필름 제작(장비: 필름 제작 기계)는 절단 후 극 리드 용접, 보호 테이프 부착, 극 리드를 감싸거나 레이저 절단을 사용하여 극 리드를 형성하는 등의 과정으로, 후속 권선 공정을 위한 것입니다. 다이 컷팅(사용 장비: 다이 컷팅 기계)은 극판의 펀칭 성형을 위한 코팅 이후의 과정입니다.

중간 과정의 생산 목표는 셀 제조를 완료하는 것입니다. 중간 과정의 기술 경로 및 생산 라인 장비는 서로 다른 유형의 리튬 배터리에 따라 차이가 있습니다. 

중간 과정의 본질은 조립 과정입니다. 구체적으로, 이전 과정에서 제작된 (양극 및 음극) 극판을 다이프램과 전해질과 질서 있게 조립하는 것입니다. 정사각형(롤), 원통형(롤) 및 소프트 팩(층) 배터리의 에너지 저장 구조가 다르기 때문에 중간 과정에서 서로 다른 유형의 리튬 배터리의 기술 경로 및 생산 라인 장비에는 뚜렷한 차이가 있습니다. 구체적으로, 정사각형 및 원통형 배터리의 중간 과정은 주로 권선, 액체 주입 및 포장을 포함합니다. 관련된 장비는 주로 권선 기계, 액체 주입 기계, 포장 장비(셸 공급 기계, 홈 롤링 기계, 밀봉 기계, 용접 기계) 등이 있습니다. 소프트 팩 배터리의 중간 과정의 주요 공정은 적층, 액체 주입 및 포장입니다. 관련된 장비는 주로 적층 기계, 액체 주입 기계 및 포장 장비입니다.

권선(사용 장비: 권선 기계)는 제조 과정이나 권선 다이 커팅 메커니즘으로 만든 폴 시트를 리튬 이온 배터리의 배터리 셀로 권선하는 데 사용되며, 주로 정사각형 및 원형 리튬 배터리 생산에 사용됩니다. 권선 기계는 정사각형 권선 기계와 원통형 권선 기계의 두 가지 범주로 세분화될 수 있으며, 각각 정사각형 및 원통형 리튬 배터리 생산에 적합합니다. 원통형 권선과 비교할 때 정사각형 권선 과정은 더 높은 장력 제어가 필요하므로 정사각형 권선 기계는 더 어렵습니다.

적층(사용 장비: 적층 기계)은 다이 커팅 과정에서 제작된 단일 폴 조각을 리튬 이온 배터리 셀로 적층하는 과정으로, 주로 유연 배터리 생산에 사용됩니다. 정사각형 및 원통형 셀과 비교할 때, 소프트 클래드 셀은 에너지 밀도, 안전성 및 방전 성능 면에서 뚜렷한 장점이 있습니다. 그러나 적층기가 단일 스태킹 작업을 완료할 때 여러 하위 프로세스의 조정과 복잡한 메커니즘이 필요하므로, 스태킹 효율성을 높이기 위해 복잡한 동역학 제어를 처리해야 합니다. 권선 기계의 속도는 권선 효율성과 직접적으로 관련이 있으며, 효율성 향상 방법은 상대적으로 간단합니다. 현재 적층 셀의 생산 효율성과 수율은 권선 셀에 비해 좋지 않습니다.

액체 주입 기계(사용 장비: 액체 주입 기계)는 배터리 전해액을 셀에 정량적으로 주입하는 장치입니다.

코어 포장(사용 장비: 외부 기계, 홈 롤링 기계, 밀봉 기계, 용접 기계)는 코일 코어를 코어의 외장에 넣는 과정을 포함합니다.

이후 공정의 생산 목표는 형성 및 캡슐화를 완료하는 것입니다.

 중간 공정에서는 리튬 배터리 셀의 기능적 구조가 형성되며, 이후 공정의 의미는 이를 활성화하고, 검사, 분류, 조립을 통해 안전성과 안정적인 성능을 가진 리튬 배터리 제품을 사용하는 것입니다. 이후 과정의 주요 공정에는 형성, 부피 분리, 검사, 분류 등이 포함됩니다. 관련 장비로는 주로 충전 및 방전 기계, 검사 장비 등이 있습니다.

형성(사용 장비: 충전-방전 기계)은 첫 번째 충전을 통해 셀을 활성화하는 과정으로, 이때 음극 표면에 효과적인 패시베이션 필름(SEI 필름)이 생성되어 리튬 배터리의 “초기화”를 달성합니다.

용량 분할(사용 장비: 충전 및 방전 기계), 즉 “분석 용량”은 셀을 설계 기준에 따라 충전 및 방전하여 전기 용량을 측정하는 과정입니다. 형성과 용량 과정에서 셀의 충전 및 방전이 이루어지므로, 충전 및 방전 기계는 핵심 장비 중 가장 일반적으로 사용됩니다. 충전-방전 기계의 최소 작업 단위는 “채널”입니다. “유닛”(BOX)은 여러 개의 “채널”로 구성되며, 여러 개의 “유닛”이 결합되어 충전-방전 기계를 형성합니다.

테스트(사용된 장비: 테스트 장비)는 충전, 방전 및 대기 전후에 실시되어야 하며; 정렬은 형성 및 용적 분리에 따른 테스트 결과의 특정 기준에 따라 배터리를 분류하고 선택하는 것입니다. 검출 및 정렬 과정의 중요성은 불량품을 제거하는 것뿐만 아니라, 리튬 이온 배터리의 실제 응용에서 셀이 종종 병렬 및 직렬로 결합되기 때문에 성능이 유사한 셀의 선택이 배터리의 전체 성능을 최적화하는 데 도움이 됩니다.