'전기차의 심장'으로 가장 많이 쓰는 것이 리튬이온배터리입니다. 이 배터리는 리튬이온에서 분리된 전자가 양극에서 음극으로 가면 충전, 반대로 움직이면 방전이 되는 원리로 작동하는데요.
배터리 전문기업 삼성SDI의 자료를 중심으로 리튬이온배터리의 제조과정에 대해 알아봤어요. 크게 '극판 공정-조립 공정-화성 공정'의 3단계를 걸쳐 배터리가 완성된다고 합니다.
양극·음극 만드는 극판 공정
극판 공정은 양극과 음극을 만드는 과정이죠. 양극과 음극은 분리막, 전해액과 함께 리튬이온배터리의 4대 핵심소재예요. 리튬이온이 양극과 음극을 오가면서 충전과 방전이 이뤄지는데요. 극판 공정은 믹싱, 코팅, 프레스(압축), 슬리팅 등 4단계로 진행됩니다.
믹싱은 활물질(양극에서 배터리의 전극 반응에 관여하는 물질)에 전기전도성을 잘 가질 수 있는 물질(도전제)과 접착제(바인더)를 넣고 섞는 단계죠.
금속판 위에 믹싱으로 만든 활물질 혼합물(합제)을 바르는 과정이 코팅인데요. 양극에는 알루미늄판을, 음극에는 구리판을 각각 쓴데요.
금속판 위에 혼합물이 코팅되면, 떨어지지 않고 잘 붙어 있을 수 있게 압축하죠. 그 후에는 사이즈에 맞게 극판을 자르는 슬리팅 단계를 거치면 극판 공정은 마무리됩니다.
캔 속에 '젤리롤'
조립 공정은 말 그대로 극판 공정을 거쳐 완성된 양극판과 음극판을 조립해 배터리를 만드는 과정이죠.
조립 공정에선 배터리의 중간 형태인 '젤리롤'을 만든다고 해요. 양극판과 음극판 사이에 분리막을 순서대로 쌓은 후 돌돌돌 말아주는 와인딩 과정 또는 양극판과 극판을 잘라서 차곡차곡 쌓아주는 스태킹 공정을 통해서죠.
회사 별로 스태킹 방식이 나뉘는데요. 삼성증권에 따르면 LG에너지솔루션은 라미네이션·스태킹 방식을, 삼성SDI와 SK이노베이션은 'Z-스태킹' 방식을 쓴다고 해요.
젤리롤이 알루미늄 캔 속에 들어가면 원형과 각형 배터리가 되죠. 젤리롤을 파우치로 감싼 뒤 밖으로 빠져나가지 못하게 용접하고 전해액을 주입하면 파우치 배터리가 완성되죠.
전기적 에너지 주는 화성 공정
조립 공정이 끝나면 외형적으로 배터리가 완성되죠. 화성 공정은 이 배터리에 전기적 에너지를 주어 활성화하는 과정입니다.
화성 공정은 배터리를 정해진 온도와 습도에서 일정 시간 동안 보관하는 에이징(aging)에서 시작됩니다. 에이징을 통해 배터리 내부에 전해액이 고르게 분산되면서 이온의 이동이 최적화되죠.
이어 충방전 과정을 반복하고 배터리의 전압이나 저항, 용량 등을 측정하는 테스트를 진행합니다. 이를 통해 배터리 불량품이 외부로 유통되지 않게 선별하면 모든 공정이 마무리됩니다.
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