배터리 라미네이션(Lamination) & 스태킹(Stacking) vs 와인딩(Winding) 공법

안녕하세요. 훈스로그입니다.

목차

1. 배터리 구조 및 조립 공정

2. 라미네이션(Lamination) & 스태킹(Stacking) 공법 vs 와인딩(Winding) 공법

 배터리 구조 및 조립 공정

 전기차 배터리로 주로 사용하는 리튬이온배터리는 음극, 양극, 전해액, 분리막으로 구성되어 있습니다. 이를 보호하는 케이스를 어떤걸 사용하냐에 따라서 파우치, 원통형, 각형으로 나눌 수 있는데요. 뒤에서 살펴볼 라미네이션 & 스태킹 공법이 적용되는 파우치 배터리의 조립 공정은 다음과 같습니다.

출처 : BATTERY INSIDE

 1. 파우치 케이스를 만들고 배터리 소재를 넣을 전극 포켓과 전해질을 주입하고 가스를 보관할 수 있는 공기 포켓을 만듭니다.

2. 배터리 소재는 전극 포켓에 넣고, 공기 포켓을 통해 전극 포켓의 기공까지 전해액을 주입합니다.

3. 모두 주입 후 밀봉하고 불필요한 가스를 제거하는 디개싱(Degassing) 공정을 거칩니다.

 라미네이션(Lamination) & 스태킹(Stacking) 공법 vs 와인딩(Winding) 공법

 파우치 배터리는 케이스 안에 배터리 소재를 넣어서 완성된다고 말씀드렸는데요. 이때 케이스 안에 소재를 넣기위한 다양한 공법들이 존재합니다. 와인딩, 라미네이션&스태킹, Z-스태킹 공법 등으로 말이죠.

 

 양극과 음극, 분리막을 돌돌 말아서 전극을 만드는 것을 와인딩 방식이라고 하는데, 이렇게 만들면 빈 공간이 생겨 에너지 밀도가 낮고, Cycle이 진행될 수록 스트레스에 의해 전극이 변형됩니다. 아래 사진과 같이 응력이 발생해 변형되어 안전성 및 수명이 좋지 않고 에너지 밀도도 낮기에 새로운 스태킹 공법이 개발되었습니다.

출처 : LG에너지솔루션

 전극과 분리막 여러개를 결합한 기본 단위 셀을 바이셀(Bi-cell)이라고 부르고, 이걸 차곡차곡 위로 쌓아 올리는 것을 스태킹(Stacking)이라고 부릅니다. 여기에 분리막과 음극으로만 구성된 하프셀(Half-Cell)을 붙이는 작업인 라미네이션(Lamination)을 통해 정렬하여 배터리를 만들게 됩니다.

출처 : BATTERY INSIDE

 라미네이션&스태킹 공법은 파우치 케이스 내부 공간을 빈틈 없이 최대한으로 사용하기 때문에 에너지밀도가 높고, Cycle이 반복되어도 응력이 위아래로만 작용하기에 전극 변형이 없습니다. 덕분에 수명과 안전성이 와인딩 방식에 비해 뛰어나다고 할 수 있죠.

출처 : BATTERY INSIDE

 하지만 라미네이션스태킹 공법의 문제점도 있는데요. 바이셀을 적층할 때 정렬(alignment)이 틀어지기 쉽다는 것입니다. 만약 정렬이 어긋난면 양극과 음극이 만나 단락이 발생해 화재까지 이어질 수 있습니다. 따라서 생산공정을 더 철저히 관리해야하는 이유입니다.

리튬이온 배터리 원리와 종류 (NCM, NCMA, LFP)

전기차 배터리 종류 [리튬인산철(LFP), 삼원계(NCM,NCA), 전고체 차이 ]

 

배터리 용어 [용량, 출력, 내부저항(IR), 전류, 전압]