A면 및 B면 코팅 정렬 불량이 리튬 배터리 성능에 미치는 영향

리튬 배터리 제조 과정에서 흔히 간과되는 코팅 공정 중 A/B면 코팅 오정렬 문제는 배터리 용량, 안전성 및 사이클 수명에 중대한 영향을 미칩니다. 오정렬은 전극 앞면과 뒷면 코팅의 위치 정렬 또는 두께 분포의 불일치를 의미하며, 이는 국부적인 리튬 도금 및 전극의 기계적 손상과 같은 위험을 초래할 수 있습니다.

이 글에서는 장비 정밀도, 공정 매개변수 설정, 재료 특성 등의 관점에서 정렬 불량의 근본 원인을 분석하는 동시에 기업이 제품의 일관성과 안정성을 향상하는 데 도움이 되는 타겟팅된 최적화 전략을 제안합니다.

Ⅰ. A/B면 정렬 불량의 원인

1. 장비 요인

롤 시스템 조립 정확도가 부족함: 백킹 롤과 코팅 롤을 설치하는 동안 수평 또는 동축 편차가 발생하면 위치가 변경될 수 있습니다.

코팅 헤드 위치 오류: 저해상도 인코더/격자 눈금자 또는 센서 피드백 드리프트로 인해 실제 코팅 위치와 사전 설정 코팅 위치 사이에 편차가 발생합니다.

장력 변동: 불안정한 풀림/감기 장력으로 인해 기판이 늘어나거나 주름이 생기고, 코팅 정밀도가 떨어집니다.

2. 기판(포일) 문제

불균일한 연성: 불균일한 호일 가소성은 코팅 중 갭 제어를 복잡하게 만듭니다.

표면 품질이 좋지 않음: 잔류 산화층으로 인해 슬러리 접착력이 약해져 부분적인 코팅이나 정렬 불량이 발생합니다.

3. 슬러리 특성

점도가 높아 레벨링이 어려워짐: 슬러리 유동성이 좋지 않아 축적이 고르지 않음.

표면 장력 차이가 크다: 앞면/뒷면 코팅 사이의 장력 차이로 인해 가장자리 수축이 고르지 않습니다.

4. 프로세스 설정

일관되지 않은 코팅 속도: 측면 간 속도 차이로 인해 슬러리 확산이 방해를 받습니다.

건조 조건 변화: 온도 차이로 인해 열 수축이 고르지 않아 정렬 불량이 발생합니다.

Ⅱ. 제안된 해결책

1. 장비 정밀도 최적화

설치 오류를 제어하기 위해 롤 동축성/평탄도를 정기적으로 검사합니다.

코팅 헤드 위치 지정 구성 요소(예: 고해상도 인코더)를 업그레이드하여 편차를 ±0.1mm 이내로 제한합니다.

폐쇄 루프 장력 제어(예: PID 조정)를 구현하여 장력 변동을 ±3% 이하로 유지합니다.

2. 기판 일관성 제어

안정적인 신장 특성을 지닌 균일성이 높은 구리/알루미늄 호일을 선택하세요.

슬러리 접착 균일성을 강화하기 위해 고급 표면 처리(예: 저온 플라즈마 세척)를 채택합니다.

3. 슬러리 성능 조정

더 나은 레벨링을 위해 점도를 최적화합니다(양극: 10–12 Pa·s, 음극: 4–5 Pa·s).

표면 장력을 양쪽 모두의 균형에 맞추기 위해 계면활성제(예: PVP, SDS)를 추가합니다.

4. 프로세스 매개변수 개선

양쪽 모두 동일한 코팅 속도를 유지합니다(오차 <0.5m/분).

세분화된 온도 제어를 적용합니다. 응력 완화를 위한 저온 예비 건조와 전체 온도 차이가 5°C 미만인 고온 경화를 실시합니다.

Ⅲ. 진단 및 모니터링 메커니즘

1. 장비 진단

레이저 간섭계를 사용하여 롤 평행도를 확인합니다(오차 <0.02 mm/m).

드리프트가 범위의 0.5%를 초과하지 않도록 모터/센서 신호 안정성을 검사합니다.

2. 기판 평가

파단 시 신장률을 시험합니다(편차 <±5%).

SEM을 통해 표면 미세구조/산화물 층을 분석합니다(두께 <50nm).

3. 슬러리 테스트

레오미터를 사용하여 점도와 틱소트로피를 측정합니다(틱소트로피 면적 차이 <5%).

텐시오미터를 사용하여 표면 장력 차이가 2 mN/m 미만인지 확인하세요.

4. 온라인 프로세스 제어

레이저 센서로 코팅 두께를 모니터링합니다(CV <1%).

코팅 밀도 균일성을 위한 건조 후 X선 검사(측면 편차 <2%).

결론

정밀한 장비 교정, 재료 선별, 슬러리 최적화 및 체계적인 공정 관리를 통해 A/B면 오정렬을 ≤0.5mm 이내로 제어할 수 있습니다. 이를 통해 배터리의 일관성, 안전성 및 사이클 수명이 효과적으로 향상됩니다.

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