스태킹 공정 시리즈 2
배터리의 최종 성능과 안전성은 조립 공정에서 결정됩니다. 최근 전기차 시장이 커지면서 고용량과 고안전성 배터리의 수요가 급증하고 있습니다. 따라서 배터리 내부 공간을 극대화하고 형태 변형을 막기 위해, 기존의 와인딩 공정에서 스태킹 공정으로 산업의 흐름이 빠르게 변화하고 있습니다.
👉배터리 조립 방식은 전극을 어떻게 구성하느냐에 따라 크게 두 가지로 나뉩니다.
- 와인딩(Winding) 공정: 양극, 음극, 분리막을 겹친 뒤 두루마리 휴지처럼 돌돌 말아주는 방식입니다. 이렇게 말린 형태를 흔히 '젤리롤(Jelly Roll)'이라고 부릅니다.
출처:LG Energy Solution
- 스태킹(Stacking) 공정: 전극과 분리막을 일정한 크기로 자른 뒤, 색종이를 쌓듯 차곡차곡 층층이 포개는 방식입니다.
출처:LG Energy Solution
👉공정 비교
각 공정은 뚜렷한 장단점을 가지고 있습니다.
와인딩 (Winding)
- 장점: 기계가 연속으로 회전하여 만들기 때문에 생산 속도가 매우 빠릅니다. 장비 투자 비용이 상대적으로 저렴합니다.
- 단점: 둥글게 말린 구조 탓에 모서리(C각)에 빈 공간(Dead Space)이 생깁니다. 충방전을 반복하면 굽은 부분에 스트레스가 집중되어 전극이 물결 모양으로 변형될 수 있습니다.
스태킹 (Stacking)
- 장점: 케이스 내부 공간을 빈틈없이 꽉 채워 에너지 밀도가 높습니다. 전극 전체에 응력이 고르게 분산되어 배터리 수명이 깁니다.
- 단점: 전극을 한 장씩 정밀하게 쌓아야 하므로 생산 속도가 다소 느립니다. 정밀한 제어 기술과 비싼 설비가 필요합니다.
👉Z-stacking 장점
- 정렬 정밀도: 분리막이 전극을 완벽히 감싸주어 물리적인 단락(합선) 위험을 원천적으로 차단합니다.
- 에너지 밀도: 내부의 데드 스페이스를 제거하여 와인딩 방식 대비 배터리 용량이 약 5% 증가합니다.
- 구조 안정성: 전극이 평탄하게 놓여 있어 팽창과 수축 시 힘이 균일하게 분산되며, 형태 변형이 거의 없습니다.
- 고성능 적용성: 여러 개의 탭이 병렬로 연결되어 전자가 이동하는 길이 짧아집니다. 따라서 내부 저항이 줄어들고 발열이 적어 고속 충방전에 매우 유리합니다.
👉스태킹 공법은 양산하기 까다롭지만, 고용량과 고안전성을 위해 반드시 거쳐야 할 제조 혁신입니다.
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