전극 공정은 믹싱 공정, 코팅 공정, 롤 프레싱 공정, 슬리팅과 노칭 공정으로 나뉩니다.
믹싱 공정은 배터리 소재의 기초가 되는 양극, 음극 활물질과 용매 등을 섞어 중간재인 슬러리를 만듭니다. 이때 활물질 입자 간 접착력을 높이는 ‘바인더’와 활물질 사이에서 전자의 이동을 담당하는 ‘도전재’도 함께 넣습니다.
믹싱에 투입하는 활물질의 입자 간 접착력을 높이기 위해서 ‘바인더(굳게 하는 물질)’를 첨가하는데요. 전극에 투입되는 바인더는 전해질과의 접촉이나 전극 내에서 일어나는 산화·환원 반응에도 접착력이 고정될 수 있는 특성을 지녀야 합니다.
코팅 공정은 중간재에 포함된 바인더를 전극에 골고루 배치하여, 배터리의 균일한 성능과 수명을 향상시키기 위한 과정입니다. 배터리를 만드는 전체 공정에서 약 18%의 비율을 차지하는 코팅 공정은 전지 설계 대부분의 변수를 결정하는 중요한 공정이라고도 할 수 있죠. 이때, 알루미늄과 구리 집전체가 손상되지 않도록 롤투롤(Roll-to-Roll) 장비 제어 기술과 함께 일정하고 균일하게 코팅할 수 있는 기술이 필요합니다.
롤 프레싱 공정은 코팅이 완료되면, 두 개의 커다란 압연 사이로 전극을 통과시켜 일정하고 편평하게 펴줍니다. 이때, 전극 표면은 활물질과의 결합력이 좋아지고 리튬 이온이 원활히 이동할 수 있어 전지의 출력과 성능을 향상시킵니다.
롤 프레싱 공정에서 전극의 밀도를 결정하는 중요한 설정 요소가 있습니다. 바로, ‘합제 밀도’라는 것인데요. 여기에서 ‘합제’란 활물질과 도전재, 바인더가 혼합된 슬러리를 말하고, ‘합제 밀도’는 이 합제 소재가 잘 눌리는 정도(g/cc)를 의미합니다.
롤 프레싱 공정에서 사용되는 압연기는 소재에 직접 압력을 가하는 ‘동작 롤(working roll)’과 동작 롤에 압력을 더해주는 ‘지원 롤(back-up roll)’로 구성되어 있습니다
납작해진 전극들을 설계된 배터리 규격에 맞춰 절단합니다. 슬리팅 공정을 통해 전극 폭을 세로 방향으로 잘라내고, 노칭 공정에서 전극을 가로로 재단하여 V자 홈과 양극·음극 탭(Tab)을 만들어주면 전극 공정이 완료됩니다.
슬리팅 공정은 슬리터(Slitter)를 통해 설계된 배터리 규격에 맞춰 전극 폭을 자르는 과정입니다. 이때 만들고자 하는 배터리 셀의 크기에 따라 칼날은 변경되며, 슬리팅 공정이 끝나면 진공 건조기를 통해 수분을 제거하는 단계를 거칩니다.
슬리팅 공정을 거친 절단된 전극은 노칭 공정에 돌입합니다. 양/음극 활물질이 도포되지 않은, 즉 코팅 처리가 안된 빈 공간인 ‘무지부’에서 탭(Tab)을 접지하기 위한 부분을 남기고 그 외의 부분을 잘라냅니다