배터리 전극 캘린더링 공정

캘린더링이란 무엇입니까?

배터리 전극의 캘린더링은 리튬 이온 배터리 생산 공정에서 중요한 단계이며, 그 목적은 설계 요구 사항을 충족하는 전극을 얻는 것입니다. 캘린더링은 꼭 필요한 과정입니다. 전극 코팅 및 건조 후, 활물질과 집전박 사이의 박리 강도가 낮다. 이때, 전해액 침지 및 전지 사용시 벗겨짐을 방지하기 위해 활물질과 호일의 결합력을 강화하는 캘린더링 작업이 필요합니다.

캘린더링의 목적:

캘린더링 공정은 전극 표면을 매끄럽고 평평하게 유지합니다. 분리막을 관통하는 전극 표면의 Burr로 인한 배터리 단락을 방지하고 배터리의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있습니다. 캘린더링 공정은 전극 집전체에 코팅된 전극 물질을 압축함으로써 전극의 부피를 줄이고 전지의 에너지 밀도를 높이며 리튬 전지의 사이클 수명 및 안전성 성능을 향상시킬 수 있습니다.

 

캘린더링 후 2차 캘린더링:

원스 캘린더링이란 전극이 설계된 두께와 밀도에 도달하도록 한 번만 롤링하는 것을 의미합니다.

2차 캘린더링은 전극을 일정한 두께로 먼저 롤링한 후, 2차 롤링을 통해 설계한 두께와 밀도를 달성하는 것입니다.

차이점:

캘린더링은 쉽게 활성 입자의 균열 및 분쇄로 이어질 수 있으며, 전극 위(구리 호일에서 먼 쪽)의 기공 직경은 극 조각 아래(구리 호일에 가까운) 기공 직경보다 커집니다.

2차 캘린더링은 활성입자의 파손을 최대한 줄일 뿐만 아니라 폴피스 내부의 기공 크기 분포를 균일하게 하여 전해질의 침투를 촉진시켜 궁극적으로 전지의 성능을 향상시킵니다.

 

핫 캘린더링 및 콜드 캘린더링:

콜드 캘린더링 기술: 롤링 프레스 공정 중에 가열 조치가 없으며 온도 변화를 수동으로 제어하지 않습니다.

핫캘린더링 기술(Hot Calendering technology) : 가공물을 예열하고, 고정밀 온도 조절이 가능한 히팅롤러를 이용하여 가공물을 롤링하는 캘린더링 기술.

 

열간 압연 기술의 장점: 

압연전극의 온도가 상승함에 따라 전극코팅내의 바인더가 부드러워지고 변형저항이 감소하며 압축이 용이하여 폴피스의 표면두께가 더욱 균일해집니다.

따라서 정밀한 온도 제어를 통해 가열 롤러 기술은 다음과 같은 장점을 갖습니다.

(1) 가공압력을 낮추면 롤링력을 최대 62%까지 줄일 수 있습니다.

(2) 전극 반발을 약 50% 줄여 배터리의 부피 밀도를 효과적으로 높입니다.

(3) 코팅재와 집전체 사이의 결합력을 강화하고, 전지 전극의 바인더 손상을 줄이고, 사이클 수명을 효과적으로 향상시킵니다.

(4) 압연 과정에서 열을 흡수하여 전지의 일관성을 향상시킵니다.

(5) 배터리의 내부 저항을 감소시키는 등 많은 장점이 있습니다.

현재, 평판 프레싱 기술은 시장에서 퇴출되고 냉간 캘린더링 기술이 오랫동안 개발되어 시장에서 기술이 성숙되어 대량 생산되었습니다. 냉간 캘린더링 기술과 비교하여 고정밀 열간 캘린더링 기술은 압력 감소, 배터리 재료 손실 감소, 사이클 수명 연장, 배터리 일관성 향상과 같은 많은 이점을 가지고 있습니다. 따라서 가열 캘린더링 기술은 향후 캘린더링 기술의 주요 발전 방향이 될 수 있다.