배터리의 제조 공정은 크게 극판 공정-조립 공정-화성 공정의 3단계로 이뤄져 있습니다. 1단계 극판 공정에서는 양극과 음극을 만들고, 2단계 조립 공정에서는 금속 캔 또는 파우치에 양극, 음극, 분리막을 말거나 쌓은 후 전해질을 넣습니다. 3단계 화성 공정에서는 충방전과 최종검사를 거칩니다.
배터리의 제조 공정. (출처=삼성SDI)
극판 공정은 원통형, 각형, 파우치형의 세 가지 배터리 모두 동일한 과정을 거치지만 조립 공정과 화성 공정은 배터리의 형태에 따라 차이가 있습니다.
극판 공정은 배터리를 이루는 4대 구성요소인 양극, 음극, 분리막, 전해질 중 양극과 음극을 만드는 공정입니다. 이 공정은 크게 믹싱과, 코팅, 프레스, 슬리팅으로 구분되는데요. 즉 섞고 덧입히고 누르고 자르는 과정입니다.
조립 공정은 4대 구성요소를 배터리에 넣는 것입니다. 조립 공정은 극판 공정을 마친 양극판과 음극판 사이에 분리막을 넣어 배터리로 만드는 과정입니다.
양극과 음극 사이에 분리막을 순서대로 쌓은 후 돌돌돌 마는 와인딩 공법 또는 차곡차곡 쌓는 스태킹 공법을 거쳐 배터리의 중간 형태인 젤리롤 또는 스택을 만듭니다. 이러한 중간 형태의 배터리를 금속 캔에 넣거나 파우치로 감싼 뒤 용접 또는 봉합을 하고 전해액을 주입하면 조립 공정이 완성됩니다.
화성 공정은 배터리에 생명을 불어 넣는 것입니다. 화성 공정은 조립된 배터리가 전기적 특성을 갖도록 활성화하고 결함 여부를 파악하는 마무리 공정입니다.
조립 공정 직후의 리튬이온배터리는 전압이 측정되지 않습니다. 충전해서 활성화해야 배터리로서 기능을 할 수 있는데요. 이러한 화성 공정은 크게 충방전, 안정화, 등급 분류, 불량 선별의 과정을 거칩니다.
충방전은 최초 충전으로 방전 상태의 배터리를 활성화하는 과정으로 화성 공정에서 80% 이상의 비중을 차지합니다. 이때 음극 표면에 얇은 고체막 층이 형성되는데요. 음극재 표면에 딱딱한 전해질 형태의 층이 생성되는 것 입니다.
안정화는 활성화 이후 전해질의 안정화를 위해 정해진 온도와 습도에서 일정 시간 동안 보관합니다. 이때 배터리 내부에 전해질이 고르게 분산돼야 리튬이온의 이동이 최적화될 수 있습니다.
표진수 기자 realwater@etomato.com