배터리 공정에 대하여 (활성화, 화성공정)

2024.07.16 - [배터리/지식] - 배터리 공정에 대하여 (조립공정)

배터리 공정에 대하여 (조립공정)

 

이전 글에서 조립 공정에 대해 알아보았다.

 

이번 글에서는 후공정인 활성화(화성)공정에 대해 알아보고자 한다.

 

조립이 완료된 배터리는 배터리로서 역할을 하기 위한 작업이 필요하다.

 

로봇과 자동차 등을 조립 해도 내부에 임베디드 시스템이 없으면 스스로 작동할 수 없는 것과 같은 개념이다.

 

 

3. 활성화(화성) 공정

Formation Process

 

 

화성 공정, 활성화 공정 둘다 같은 말이다.

 

화성은 化成로 '변하게 한다'라는 의미를 갖고 있다.

 

즉, 배터리에서 양 음극의 충방전을 가능하게 화학적 변형을 만들어 내는 공정이라고 생각하면 된다.

 

Formation Process라고 하는데 Formation이 '형성' 이라는 어원을 갖고 있고 가장 대표하는 공정이기에 쓰이는 것 같다.

 

제조사마다 순서차이는 있지만 어떤 공정이 있는지 알아보자.

 

 

1) Formation

Generated Solid Electrolyte interphases

 

활성화 공정의 80%정도 차지하는 매우 중요한 공정으로 배터리 안전성과 수명을 결정 짓는다.

 

조립된 배터리에 전기 에너지를 부여하여 활성화 시키는 공정이다.

 

배터리의 첫 충방전에서 Anode와 Cathode에 SEI(Solide Electrolyte Interphases)라는 고체 전해질 계면이 형성된다.

 

SEI는 Li+과 e-의 이동을 도와주고 충방전시 electrolyte가 분해되는 것을 방지해주는 역할을 한다.

(이때 Li+의 5~10%정도 사용된다고 한다.)

 

 

2) Aging

 

고기를 숙성시킬 때 많이 들어본 용어이다.

 

고기에서의 Aging은 연육 작용 혹은 에이징에 첨가된 재료의 향이나 맛을 고기에 스며들게 하는 작업이다.

 

Battery Aging은 Formation에서 만들어진 SEI 및 Electrolyte를 Anode 및 Cathode와 배터리 내부에 

 

Ambient or High Temp. 조건에서 골고루 Diffusion을 하는 공정이다.

 

Formation과 Aging 공정은 1회로 끝나는게 아닌 조건에 충족시킬 때 까지 반복적으로 진행된다.

 

 

3) Degassing

Degassing Process

 

Formation과 Aging을 반복하다보면 내부에 수분 혹은 기타 부반응으로 인해 가스가 생기게 된다.

 

Prismatic이나 Cylinder battery는 shell이 단단하고 Dead Space가 있어 괜찮지만

 

Pouch는 shell이 비교적 약해 Gas에 의한 swelling이 크다.

 

결국 이 Gas는 배터리 안전성에 영향이 가는 요소이기 때문에 제거를 해줘야한다.

 

제거를 위해 Chamber에 Cell을 수평 혹은 수직으로 놓고 제거한다.

 

수평 방식은 전해질 누수가 있어 추가 주입을 해줘야하지만 수직 방식은 누수를 최소화하는 새로운 공법이라고 한다.

 

특히 Pouch Battery는 앞서 조립 공정 단계에서 Air pocket을 제거하여 Degassing을 추가 진행한다.

 

 

4) OCV & IR Testing

 

OCV Testing

  

 

전단 공정에서 완성된 셀을 Test하여 양품과 불량품을 선별하는 공정이다.

 

OCV(Open Circuit Voltage) Test는 배터리 전압의 안정성 Test이다.

 

OCV 값이 높을수록 특정 부하에서 안정성 및 성능과 신뢰성이 높다는 의미이다. 

 

IR(Internal Resistance) Test는 내부 저항 측정을 위한 Test이다.

 

V=I x R 공식에 의해 전압이 고정된 상태에서 저항이 낮으면 당연히 전류가 높게 흐른다.

 

R이 작으면 배터리 누설 전류가 줄어 배터리 가동 효율 증가를 의미한다.

 

그 외에도 배터리 회로 설계 부분에서 문제는 없는지 등 다양한 기술적 이슈를 체크할 수 있다.

 

 

이번 글에서는 활성화 공정에 대해 알아봤다.

 

후공정의 중요도가 갈수록 높아지고 있다.

 

활성화가 어떻게 되느냐에 따라 배터리의 최종 성능이 결정나기 때문이다.

 

모든 공정의 최적화를 통해 불량품의 비율을 최대한 줄여 수율을 올리는 기술 혁신에 관심을 가져보자.

 

다음 글은 최종 완성 단계인 팩 공정에 대해서 다뤄보고자 한다.

 

 

감사합니다 :)