양극재, 전해질, 분리막.. 2차전지 리튬이온배터리 공정 “이것만 알면 끝”

리튬이온전지는 대표적 2차전지로 전기 에너지를 저장하고 방출하는 장치로 전기차, 휴대폰, 노트북 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 리튬이온전지를 제조하기 위해서는 다음과 같은 소재와 공정이 필요하다.

리튬이온전지 제조 기술은 지속적으로 발전하고 있다. 양극과 음극의 활물질을 개선하여 에너지 밀도를 높이고, 전해질의 성능을 향상하여 안전성을 높이는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 조립 공정을 자동화하여 생산 효율을 높이고, 활성화 공정을 단축하여 생산 시간을 단축하는 노력도 이루어지고 있다.

이러한 기술 발전을 통해 리튬이온전지의 성능과 안전성이 더욱 향상될 것으로 기대된다. 또한, 리튬이온전지의 가격이 낮아지면서 전기차, 에너지 저장 시스템(ESS) 등 다양한 분야에서의 활용이 더욱 확대될 것으로 예상된다.

리튬이온전지 소재

리튬이온전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성된다.

양극은 전기를 저장하는 역할을 한다. 주로 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(LiNiCoAlO2), 리튬 망간 산화물(LiMn2O4) 등이 사용된다.

음극은 전기를 방출하는 역할을 한다. 주로 흑연이 사용된다.

전해질은 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 역할을 한다. 주로 리튬염 용액이 사용된다.

분리막은 양극과 음극을 분리하여 단락을 방지하는 역할을 한다. 주로 폴리올레핀계 수지가 사용된다.

제작 과정

리튬이온전지의 제조 과정은 전극 공정, 조립 공정, 활성화 공정으로 크게 나눌 수 있다. 전극 공정에서는 양극과 음극을 만드는 과정을 거치고, 조립 공정에서는 양극, 음극, 분리막을 조립하여 전지를 만든다.

전극 공정

전극 공정은 양극과 음극을 만드는 과정이다.

양극 공정

양극 공정은 다음과 같은 단계로 진행된다.

1. 믹싱 공정 : 활물질, 바인더, 도전재를 혼합하여 슬러리를 만든다.

2. 코팅 공정 : 슬러리를 알루미늄 호일 또는 폴리프로필렌 필름에 도포한다.

3. 롤 프레싱 공정 : 코팅된 슬러리를 롤 프레스를 통해 얇은 막으로 만든다.

4. 슬리팅 공정 : 얇은 막을 원하는 크기로 자른다.

5. 노칭 공정 : 전극의 양쪽 끝에 홈을 만들어 전극 탭을 삽입할 수 있도록 한다.

 

음극 공정

음극 공정은 다음과 같은 단계로 진행된다.

1. 믹싱 공정 : 활물질, 바인더, 도전재를 혼합하여 슬러리를 만든다.

2. 코팅 공정 : 슬러리를 흑연 소재의 스펀지에 도포한다.

3. 롤 프레싱 공정 : 코팅된 스펀지를 롤 프레스를 통해 얇은 막으로 만든다.

4. 슬리팅 공정 : 얇은 막을 원하는 크기로 자른다.

조립 공정

조립 공정은 양극, 음극, 분리막을 조립하여 전지를 만드는 과정이다.

1. 롤러 공정 : 양극, 음극, 분리막을 롤러를 통해 겹쳐서 얇은 시트로 만든다.

2. 절단 공정 : 얇은 시트를 원하는 크기로 잘라낸다.

3. 폴딩 공정 : 잘라낸 시트를 폴딩하여 전지의 형태를 만든다.

4. 봉합 공정 : 폴딩된 전지의 양쪽 끝을 봉합하여 밀폐한다.

활성화 공정

활성화 공정은 전지의 성능을 최적화하는 과정이다.

1. 초기 충전 공정 : 전지를 처음으로 충전하여 전극의 표면에 리튬이온을 침착시킨다.

2. 에이징 공정 : 전지를 일정한 전류로 충전 및 방전하여 전극의 성능을 향상시킨다.

공정을 거쳐 만들어진 리튬이온전지는 품질 검사를 거친 후 출하된다.