급속한 발전과 함께리튬 배터리산업 분야에서 리튬 배터리의 적용 시나리오는 지속적으로 확대되어 사람들의 삶과 업무에서 없어서는 안 될 에너지 장치가 되고 있습니다. 맞춤형 리튬 배터리 제조업체의 생산 공정은 크게 원료, 코팅, 시트, 준비, 권선, 쉘 성형, 롤링, 소성, 액상 주입, 용접 등으로 구성됩니다. 다음은 리튬 배터리 생산 공정의 주요 단계입니다. 양극 원료 리튬 배터리의 양극은 활성 물질, 전도성 물질, 접착제 등으로 구성됩니다. 먼저 원료를 확인하고 소성합니다. 일반적으로 전도성 물질은 약 120℃에서 8시간, 접착제인 PVDF는 약 80℃에서 8시간 동안 소성해야 합니다. 활성 물질(LFP, NCM 등)의 소성 및 건조 필요 여부는 원료의 상태에 따라 다릅니다. 현재 일반적인 리튬 배터리 작업장에서는 온도 40℃ 이하, 습도 25%RH 이하의 환경이 요구됩니다. 건조가 완료되면 PVDF 접착제(PVDF 용제, NMP 용액)를 미리 준비해야 합니다. PVDF 접착제의 품질은 배터리의 내부 저항과 전기적 성능에 매우 중요합니다. 접착제 도포에 영향을 미치는 요소로는 온도와 교반 속도가 있습니다. 온도가 높을수록 접착제가 황변되어 접착력이 저하됩니다. 교반 속도가 너무 빠르면 접착제가 손상될 수 있습니다. 적절한 회전 속도는 분산 디스크의 크기에 따라 달라지지만, 일반적으로 분산 디스크의 선속도는 10~15m/s(장비에 따라 다름)입니다. 이때 혼합 탱크에는 순환수를 가동해야 하며, 온도는 30°C 이하로 유지해야 합니다.

양극 슬러리를 여러 번에 나누어 첨가합니다. 이때 재료 첨가 순서에 특히 주의해야 합니다. 먼저 활성 물질과 전도성 물질을 넣고 천천히 교반한 후 접착제를 첨가합니다. 투입 시간과 투입 비율 또한 리튬 배터리 제조 공정에 따라 엄격하게 준수해야 합니다. 둘째, 장비의 회전 속도와 교반 속도를 엄격하게 제어해야 합니다. 일반적으로 분산 선속도는 17m/s 이상이어야 하지만, 이는 장비 성능에 따라 제조사별로 큰 차이가 있을 수 있습니다. 또한 혼합 시 진공도와 온도도 제어해야 합니다. 이 단계에서 슬러리의 입자 크기와 점도를 정기적으로 측정해야 합니다. 입자 크기와 점도는 고형분 함량, 재료 특성, 투입 순서 및 리튬 배터리 제조 공정과 밀접한 관련이 있습니다. 일반적인 공정에서는 온도 30℃ 이하, 습도 25%RH 이하, 진공도 -0.085mpa 이하의 조건을 유지해야 합니다. 슬러리를 이송 탱크 또는 도장 작업장으로 옮긴 후 체질합니다. 이 공정의 목적은 큰 입자를 여과하고, 강자성 물질 및 기타 물질을 침전 및 제거하는 것입니다. 큰 입자는 코팅에 영향을 미쳐 배터리의 과도한 자가 방전이나 단락 위험을 초래할 수 있으며, 슬러리에 강자성 물질이 과다하게 함유될 경우 배터리의 과도한 자가 방전 및 기타 결함을 유발할 수 있습니다. 이 리튬 배터리 생산 공정의 요구 조건은 온도 ≤ ​​40°C, 습도 ≤ 25% RH, 스크린 메쉬 크기 ≤ 100 메쉬, 입자 크기 ≤ 15μm입니다.

음극리튬 배터리의 음극은 활성 물질, 전도성 물질, 결합제 및 분산제로 구성됩니다. 먼저 원료를 확인합니다. 기존 음극 시스템은 수성 혼합 공정(용매는 탈이온수)을 사용하므로 원료에 대한 특별한 건조 요구 사항은 없습니다. 리튬 배터리 생산 공정에서는 탈이온수의 전도도가 1μs/cm 이하여야 합니다. 작업장 요구 사항: 온도 40℃ 이하, 습도 25%RH 이하. 접착제를 준비합니다. 원료가 확정되면 먼저 접착제(CMC와 물로 구성)를 준비해야 합니다. 이때, 흑연 C와 전도성 물질을 믹서에 넣고 건식 혼합합니다. 건식 혼합 과정에서 입자가 압출, 마찰 및 가열되므로 진공 또는 순환수를 사용하지 않는 것이 좋습니다. 회전 속도는 15~20rpm의 저속으로 하고, 스크래핑 및 분쇄 사이클은 2~3회, 간격은 약 15분으로 합니다. 접착제를 믹서에 넣고 진공(≤-0.09mPa)을 시작합니다. 고무를 15~20rpm의 저속으로 2회 압착한 후, 속도를 조절하여(저속 35rpm, 고속 1200~1500rpm) 각 제조사의 습식 공정에 따라 약 15분~60분간 교반합니다. 마지막으로 SBR을 블렌더에 넣습니다. SBR은 장쇄 중합체이므로 저속 교반을 권장합니다. 회전 속도가 너무 빠르면 분자 사슬이 쉽게 끊어지고 활성이 저하될 수 있습니다. 35~40rpm의 저속과 1200~1800rpm의 고속으로 10~20분간 교반하는 것이 좋습니다. 점도(2000~4000mPa·s), 입자 크기(35μm 이하), 고형분 함량(40~70%), 진공도 및 체망 크기(100메쉬 이하)를 측정합니다. 구체적인 공정 값은 재료의 물리적 특성과 혼합 공정에 따라 달라질 수 있습니다. 작업장은 온도 30℃ 이하, 습도 25%RH 이하를 유지해야 합니다. 리튬 배터리 제조 공정에서 양극 코팅은 알루미늄 전류 집전체의 AB면에 양극 슬러리를 압출 또는 분사하는 공정으로, 단일 표면 밀도는 약 20~40 mg/cm²(삼원계 리튬 배터리 기준)입니다. 일반적으로 용광로 온도는 4~8℃ 이상이며, 각 구간의 소성 온도는 실제 필요에 따라 95℃~120℃로 조절하여 소성 균열 발생 시 횡방향 균열 및 용제 유출을 방지합니다. 전사 코팅 롤러의 회전 속도는 1.1~1.2이며, 배터리 충방전 과정에서 발생하는 테일링으로 인한 라벨 위치의 과도한 압축을 방지하고 리튬 석출을 막기 위해 간격을 20~30μm 얇게 합니다. 코팅 수분 함량은 2000~3000ppm 이하(재료 및 공정에 따라 다름)입니다. 작업장 내 양극 온도는 30℃ 이하, 습도는 25% 이하를 유지합니다. 코팅 테이프 개략도는 다음과 같습니다.

그만큼리튬 배터리 제조프로세스음극 코팅이는 구리 전류 집전체의 AB 표면에 음극 슬러리를 압출 또는 분사하는 공정을 말합니다. 단면 밀도는 약 10~15 mg/cm²입니다. 코팅로는 일반적으로 4~8개(또는 그 이상)의 구역으로 나뉘며, 각 구역의 소성 온도는 80℃~105℃입니다. 소성 균열 및 횡방향 균열을 방지하기 위해 실제 필요에 따라 온도를 조절할 수 있습니다. 이송 롤러의 속도비는 1.2~1.3이고, 층간 간격은 10~15μm로 얇게 유지하며, 도료 농도는 3000ppm 이하, 작업장 내 음극 온도는 30℃ 이하, 습도는 25% 이하로 유지합니다. 양극판의 양극 코팅이 건조된 후, 공정 시간 내에 드럼을 정렬해야 합니다. 롤러는 전극 시트(단위 부피당 드레싱 질량)를 압축하는 데 사용됩니다. 현재 리튬 배터리 제조 공정에는 열간 압축과 냉간 압축 두 가지 양극 압축 방식이 있습니다. 냉간 압축에 비해 열간 압축은 압축률이 높고 반발률이 낮습니다. 그러나 냉간 압착 공정은 비교적 간단하고 조작 및 제어가 용이합니다. 롤러의 주요 장비는 압축 밀도, 반발률 및 연신율과 같은 공정 값을 달성하는 것입니다. 동시에, 봉재 표면에 부서지기 쉬운 조각, 단단한 덩어리, 떨어진 재료, 물결 모양 모서리 등이 없어야 하며, 틈새에 파손이 없어야 합니다. 이때 작업장 환경 온도는 23℃ 이하, 습도는 25% 이하이어야 합니다. 현재 사용되는 일반 재료의 실제 밀도는 다음과 같습니다.

일반적으로 사용되는 다짐 방법:

반발률: 일반적인 반발 2-3 μm

신장률: 양극판의 신장률은 일반적으로 약 1.002입니다.

양극 롤 제작이 완료되면, 다음 단계는 전체 전극 조각을 동일한 폭(배터리 높이에 해당)의 작은 스트립으로 나누는 것입니다. 슬리팅 시, 극편의 버(burr)에 주의해야 합니다. 2차원 측정 장비를 이용하여 X축과 Y축 방향의 버를 종합적으로 검사해야 합니다. 세로 방향 버 길이 Y≤1/2 H(격막 두께)가 되도록 가공해야 합니다. 작업장 주변 온도는 23℃ 이하, 이슬점은 -30℃ 이하이어야 합니다. 리튬 배터리 음극판 제조 공정은 양극판과 동일하지만, 공정 설계는 다릅니다. 작업장 주변 온도는 23℃ 이하, 습도는 25% 이하이어야 합니다. 일반적인 음극 재료의 진밀도:

일반적으로 사용되는 음극 압축: 반발률: 일반적인 반발 4-8μm, 신장률: 양극판 일반적으로 약 1.002. 리튬 배터리 양극판 박리 공정은 양극판 박리 공정과 유사하며, 두 공정 모두 X축과 Y축 방향의 버(burr)를 제어해야 합니다. 작업장 주변 온도는 23℃ 이하, 결빙점은 -30℃ 이하이어야 합니다. 양극판 박리 준비가 완료되면 120℃에서 건조시킨 후 알루미늄 시트를 용접하여 포장합니다. 이 과정에서 탭 길이와 성형 폭을 고려해야 합니다. **650 설계(예: 18650 배터리)를 예로 들면, 탭이 노출된 설계는 주로 캡과 롤 그루브 용접 시 양극 탭의 적절한 접촉을 고려한 것입니다. 극 탭이 너무 길게 노출되면 롤링 공정 중 극 탭과 강철 쉘 사이에 단락이 발생하기 쉽습니다. 반대로 극 탭이 너무 짧으면 캡을 납땜할 수 없습니다. 현재 초음파 용접 헤드는 선형과 점형 두 종류가 있습니다. 국내 공정에서는 과전류 및 용접 강도를 고려하여 주로 선형 용접 헤드를 사용합니다. 또한, 납땜 탭에는 고온 접착제를 사용하여 금속 버(burr) 및 금속 파편으로 인한 단락 위험을 방지합니다. 작업장 주변 온도는 23℃ 이하, 결로점은 -30℃ 이하, 음극 수분 함량은 500~1000ppm 이하이어야 합니다.

음성 플레이트 준비음극판은 105~110°C에서 건조시킨 후 니켈판을 용접하여 패키징합니다. 솔더 탭의 길이와 성형 폭도 고려해야 합니다. 작업장의 주변 온도는 23℃ 이하, 결빙점은 -30℃ 이하, 음극의 수분 함량은 500~1000ppm 이하이어야 합니다. 권선은 권선기를 이용하여 분리막, 양극판, 음극판을 철심에 감는 공정입니다. 원리는 양극과 음극을 함께 감은 후 분리막으로 분리하는 것입니다. 기존 시스템에서 음극은 배터리 설계의 제어 전극이므로 양극보다 용량을 높게 설계하여 초기 충전 시 양극의 Li+ 이온이 음극의 빈 공간에 저장될 수 있도록 합니다. 권선 시 권선 장력과 극편 배치에 특히 주의해야 합니다. 권선 장력이 너무 작으면 내부 저항과 하우징 삽입률에 영향을 미칩니다. 과도한 장력은 단락이나 파손의 위험을 초래할 수 있습니다. 정렬이란 음극, 양극 및 분리막의 상대적인 위치를 의미합니다. 음극의 폭은 59.5mm, 양극은 58mm, 분리막은 61mm입니다. 이 세 부분은 재생 중에 단락 위험을 방지하기 위해 정렬되어야 합니다. 권선 장력은 일반적으로 양극 0.08~0.15Mpa, 음극 0.08~0.15Mpa, 상부 다이어프램 0.08~0.15Mpa, 하부 다이어프램 0.08~0.15Mpa입니다. 구체적인 조정은 장비 및 공정에 따라 달라집니다. 이 작업장의 주변 온도는 23℃ 이하, 이슬점은 -30℃ 이하, 수분 함량은 500~1000ppm 이하입니다.

케이스에 배터리 코어를 설치하기 전에 200~500V의 고전압 시험(Hi-Pot test)을 실시하여 고전압 배터리의 단락 여부를 확인해야 하며, 설치 전 먼지 제거를 위해 진공 청소도 필요합니다. 리튬 배터리의 주요 관리 사항은 습기, 버(burr), 먼지입니다. 위의 과정을 완료한 후, 배터리 코어 하단에 하부 개스킷을 삽입하고, 양극판을 구부려 배터리 코어 권선 핀홀을 향하도록 한 다음, 강철 케이스 또는 알루미늄 케이스에 수직으로 삽입합니다. 18650 배터리를 예로 들면, 외경 약 18mm + 높이 약 71.5mm입니다. 권선 코어의 단면적이 강철 케이스의 내부 단면적보다 작을 경우, 강철 케이스 삽입률은 약 97%~98.5%입니다. 이는 극편의 반발력과 후속 주입 시 액체 침투 정도를 고려해야 하기 때문입니다. 상부 바닥재 조립은 표면 바닥재 조립과 동일한 공정으로 진행됩니다. 작업장 주변 온도는 23℃ 이하, 결로점은 -40℃ 이하이어야 합니다.

구르는납땜 핀(일반적으로 구리 또는 합금으로 제작)을 납땜 코어 중앙에 삽입합니다. 일반적으로 사용되는 납땜 핀은 Φ2.5*1.6mm이며, 음극의 납땜 강도는 12N 이상이어야 합니다. 납땜 강도가 너무 낮으면 허위 납땜이 발생하여 내부 저항이 과도하게 높아질 수 있습니다. 반대로 너무 높으면 강철 케이스 표면의 니켈층이 벗겨져 납땜 접합부가 생기고, 녹이나 누액과 같은 잠재적인 위험이 발생할 수 있습니다. 롤링 그루브는 권선된 배터리 코어를 케이스에 흔들림 없이 고정하는 역할을 합니다. 이 리튬 배터리 제조 공정에서는 횡방향 압출 속도와 종방향 압착 속도의 적절한 균형을 유지하는 데 특히 주의해야 합니다. 횡방향 속도가 너무 높으면 케이스가 절단되고, 종방향 속도가 너무 높으면 노치의 니켈층이 벗겨지거나 노치의 높이가 영향을 받아 밀봉 성능이 저하될 수 있습니다. 홈 깊이, 연장 길이 및 홈 높이의 공정값이 표준을 준수하는지 여부를 (실제 및 이론적 계산을 통해) 확인해야 합니다. 일반적인 호브 크기는 1.0mm, 1.2mm 및 1.5mm입니다. 롤링 홈 가공이 완료되면 금속 파편 발생을 방지하기 위해 기계 전체를 다시 진공 처리해야 합니다. 진공도는 -0.065Mpa 이하, 진공 처리 시간은 1~2초입니다. 작업장의 주변 온도는 23℃ 이하, 이슬점은 -40℃ 이하이어야 합니다. 배터리 코어 소성 원통형 배터리 시트의 롤링 및 홈 가공 후, 리튬 배터리 생산의 다음 공정인 소성은 매우 중요합니다. 배터리 셀 생산 과정에서 일정량의 수분이 유입됩니다. 수분 함량을 표준 범위 내로 제때 제어하지 못하면 배터리의 성능과 안전에 심각한 영향을 미칩니다. 일반적으로 소성에는 자동 진공 오븐이 사용됩니다. 소성할 배터리 셀을 가지런히 배열하고, 오븐에 제습제를 넣은 후, 매개변수를 설정하고 온도를 85°C로 올립니다(리튬인산철 배터리를 예로 들겠습니다). 다음은 여러 가지 사양의 배터리 셀에 대한 소성 기준입니다.

액체 주입리튬 배터리 제조 공정에는 소성된 배터리 셀의 습도 테스트가 포함됩니다. 이 소성 기준을 충족한 후에야 다음 단계인 전해액 주입으로 넘어갈 수 있습니다. 소성된 배터리를 진공 글러브 박스에 넣고 무게를 측정하여 기록한 후, 주입 컵에 설계된 양의 전해액을 채웁니다(일반적으로 액체 침지 배터리 테스트를 수행하며, 배터리를 컵 중앙에 넣습니다). 배터리 코어를 전해액에 담가 일정 시간 동안 침지시킨 후, 배터리의 최대 전해액 흡수 용량을 측정합니다(일반적으로 실험량에 따라 전해액을 채웁니다). 그런 다음 진공 박스에 넣어 진공 상태(진공도 ≤ -0.09Mpa)로 만들어 전해액이 전극에 빠르게 침투하도록 합니다. 몇 차례 충방전 사이클을 거친 후, 배터리를 꺼내 무게를 측정합니다. 주입량이 설계값과 일치하는지 계산합니다. 부족하면 보충하고, 과다하면 설계값을 충족할 때까지 초과분을 제거합니다. 글러브 박스 환경은 온도 ≤ ​​23℃, 이슬점 ≤ -45℃를 유지해야 합니다.

용접리튬 배터리 제조 공정 중에는 배터리 커버를 미리 글러브 박스에 넣고, 한 손으로는 초음파 용접기의 하부 금형에 커버를 고정하고, 다른 한 손으로는 배터리 코어를 잡아야 합니다. 배터리 셀의 양극 단자와 커버의 단자를 정렬합니다. 양극 단자가 커버의 단자와 제대로 정렬되었는지 확인한 후, 초음파 용접기를 작동시키고 발 스위치를 누릅니다. 용접이 완료되면 배터리 유닛 전체를 검사하여 납땜 단자의 용접 상태를 확인해야 합니다.

납땜 탭이 제대로 정렬되었는지 확인하십시오.

납땜 탭을 살살 당겨서 헐거워졌는지 확인하십시오.

배터리 덮개가 단단히 용접되지 않은 배터리는 다시 용접해야 합니다.