조립 공정은 우리가 흔히 알고 있는 배터리의 모양을 갖추는 단계입니다. 조립 공정은 배터리 형태별(원통형, 파우치형, 각형)로 제조 순서가 다르며, 제조사마다 적용하는 기술도 차이가 있습니다.
파우치 배터리
먼저 7개 레이어의 파우치 필름을 압착해 파우치 케이스를 만들어 줍니다. 이 과정에서 양극, 음극, 분리막, 전해질로 구성된 소재를 넣을 전극 포켓과, 전해질을 주입하고 가스를 보관하는 공기 포켓을 제조합니다. ‘라미네이션&스태킹’ 공법으로 소재를 층층이 쌓아 전극 포켓에 넣고 공기 포켓을 통해 전극 포켓의 기공까지 전해질을 주입합니다.
전해질을 모두 주입하고 밀봉한 후에는, 부피를 줄이고 에너지 밀도를 높이기 위해 공기 포켓을 잘라내 불필요한 가스를 제거하는 디개싱(Degassing) 공정을 거칩니다. 이렇게 디개싱 공정까지 거치고 나면 비로소 파우치 배터리의 조립 공정이 모두 완료됩니다.
파우치 배터리의 조립 공정 중 케이스가 만들어지면 배터리 소재를 그 안에 넣어야 하는데요. 이때 케이스 안에 소재를 넣기 위한 다양한 공법 중에서 라미네이션 & 스태킹(Lamination & Stacking) 공법에 대해 살펴보겠습니다. 먼저 전극과 분리막을 결합한 모노셀(Mono-Cell)을 만들어 둡니다. 그리고 모노셀에 분리막과 음극으로만 구성된 하프셀(Half-Cell)을 붙이는 작업인 라미네이션(Lamination)을 통해 정렬한 뒤, 분리막을 기준으로 음극, 양극을 쌓는 스태킹(Stacking) 작업을 반복하면 극판과 분리막이 차례로 쌓인 배터리 소재가 만들어 집니다. 라미네이션 & 스태킹 공법은 파우치 케이스 안의 공간 효율을 극대화함으로써 에너지 밀도를 더욱 높이는 기술입니다.
원통형 배터리
파우치 배터리와 달리, 원통형 배터리를 만들기 위해선 전극 공정을 마친 양극과 음극을 돌돌 말아줘야 하는데요. 이때 와인더(Winder)라는 기계를 사용합니다. 와인더에 양극과 음극 롤, 분리막 롤 2개를 장착하고, 휴지심을 감듯 맨드릴(Mandrel)에 감아서 적당한 크기로 잘라 젤리롤 형태를 만듭니다.
이후 양극과 음극 무지부에 알루미늄 탭과 구리 탭을 붙인 젤리롤을 원통형 배터리 캔 안에 넣어주는데요. 이 과정에서 음극 탭은 직각으로, 양극 탭은 갈고리 모양으로 가공합니다. 그리고 음극 탭은 캔의 바닥에, 양극 탭은 캔 상단의 캡 밑에 붙도록 용접하는데요. 용접 후에는 *비딩(Beading)으로 캔 속의 젤리롤을 고정시켜 줍니다.
비딩(Beading)이 완료되면 전해액 주입 공정이 이어집니다. 먼저 캔 속을 진공 상태로 만들고 노즐을 통해 전해액을 주입합니다. 이어 압력을 가해 전극의 기공을 통해 전해액이 스며들게 합니다. 전해액 주입이 끝나면 크림핑(Crimping)*으로 상단 캡과 캔을 밀봉합니다.
이렇게 조립이 끝난 배터리는 전극의 쇼트 방지를 위해 절연 튜브를 씌워 캔의 양극과 음극을 구분합니다. 그러면 마침내 우리가 아는 원통형 배터리의 모습을 갖추게 되는 것이죠.