배터리 생산 : 셀 기본 공정
극판 및 코인셀 제조 공정
기본부터 알아야 디테일이 쉽다!
안녕하세요! WAB입니다.
앞으로 배터리 생산 공정에 대해서도 천천히 다룰 예정인데, 그전에 먼저 기초적인 부분에 대해 설명드리려고 합니다 :)
그래서 오늘은 극판 및 코인셀 제조 공정에 대해 자세히 알아보겠습니다. 전지 제조 과정에서 중요한 두 가지 단계인 극판 제조와 코인셀 제조에 대해 순차적으로 설명드리겠습니다.
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자 그럼 오늘도 시작해 보겠습니다!
극판 제조 준비
실험 기구 및 시약
- 시약: 바인더(PVDF, SBR, CMC), NMP, 양극재(NCMs, LFPs), 음극재(Graphite, Li-metal), 도전재(Super P, CNTs), 집전체, 에탄올
- 기구 및 장치: 아게이트 막자사발, 스포이드, 진공펌프, 데시케이터, 닥터블레이드, 진공오븐, 압연기
극판 제조 실험
1. 슬러리 제조
바인더 용액 제조: 아게이트 막자사발에 PVDF 0.15g과 NMP 6mL을 넣고 잘 으깨어 녹입니다.
슬러리 제조: 바인더 용액에 80℃에서 건조된 활물질(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) 4.7g과 도전재(Super P) 0.15g을 15분 이상 잘 혼합합니다.
2. 슬러리 탈포
슬러리에 녹아 있는 가스나 기포를 제거하기 위해 슬러리가 들어있는 아게이트 막자사발을 데시케이터에 넣고 진공펌프를 이용하여 슬러리의 기포가 빠져나올 때까지 탈포 합니다.
3. 코팅
극판 세척: 깨끗한 유리판 위에 집전체를 올린 후 에탄올로 집전체 표면을 잘 닦습니다.
코팅: 집전체 위에 슬러리를 도포한 후, 영점에서 높이를 조절한 닥터 블레이드를 통과시켜 일정한 두께로 집전체에 코팅합니다.
4. 건조
만들어진 극판은 NMP를 제거하기 위해 100~150℃, 진공건조 조건에서 overnight 합니다.
5. 압연
건조된 극판을 목표 두께로 압연기를 이용해 압연합니다.
주의사항!
아게이트 막자사발에 흠집이 생기지 않도록 주의합니다.
분말 시료가 날리지 않도록 주의합니다.
코인셀 제조
코인셀은 활물질의 기초적인 전기화학적 특성을 평가하는데 가장 유용한 셀 중 하나입니다.
코인셀 제조 공정 순서
1. 극판 펀칭
펀칭기로 극판을 절단합니다. 극판을 일정 크기로 절단해서 저울로 재고, 합제밀도(g/cc)나 로딩레벨(mg/cm^2)을 계산합니다.
2. 용접
극판 일부분에서 전극물질을 제거한 후, 캔에 스팟 용접기로 극판을 용접합니다. 이때 양극과 용접기가 닿은 상태로 용접 시 스파크가 발생하지 주의해야 합니다.
3. 진공건조
용접된 극판을 100℃ 진공오븐에 12시간 이상 건조한 후, 글러브박스로 옮깁니다.
4. 리튬메탈 준비
캡에 코인셀 중 스프링을 용접한 후 알코올로 세척하고, 오븐에서 잘 건조한 후 글러브박스로 옮깁니다. 글러브박스 내에서 케이스에 적당한 또는 양극 지름 이상의 지름을 갖게끔 리튬메탈을 준비해 줍니다.
5. 적층
극판이 용접된 캔 위에 분리막을 올리고 전해액을 주입한 후, 리튬전극을 적층 합니다. 마지막으로 코인셀의 gasket을 넣어 움직이지 않도록 합니다.
6. 탈포 (기포제거)
코인셀을 진공 데시케이터로 옮겨 셀 내의 가스나 버블을 제거합니다.
7. 클램핑 (Clamping)
클램핑 장비로 셀을 실링 합니다.
다음 시간에는..
배터리의 4대 공정이라 불리는 부분들부터 세세하게 살펴보도록 하겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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