리튬 배터리 코팅 공정: A&B 표면 정렬 불량의 주요 원인 및 관련 개선 대책

리튬 배터리 코팅 공정에서 A면과 B면의 정렬 불량은 배터리 용량, 안전성, 그리고 사이클 수명에 직접적인 영향을 미치는 중요하지만 간과되기 쉬운 문제입니다. 이러한 정렬 불량은 코팅 영역의 편차 또는 전면과 후면의 두께 불균일로 나타나며, 이는 리튬 도금 및 전극판 파손과 같은 위험을 초래할 수 있습니다. 본 논문에서는 장비, 공정, 재료 등 다양한 측면에서 발생하는 다차원적인 원인을 분석하고, 배터리 품질 일관성을 향상시키기 위한 주요 개선 방안을 제시합니다.

1. A&B 표면 정렬 불량의 주요 원인

1.1 장비 요소

백업 롤러/코팅 롤러의 설치 정확도가 부족합니다. 수평 편차, 동축 정렬 불량 또는 설치 오류로 인해 코팅이 변위됩니다.

코팅 헤드의 위치 오류: 인코더/격자 눈금자 정밀도가 부족하거나 센서 신호 드리프트가 발생합니다.

비정상적인 장력 제어: 풀기/감기 중 불균일한 장력으로 인해 호일이 늘어나거나 변형되거나 주름이 생깁니다.

1.2 재료 요소

불균일한 연성: 호일 연성의 변화로 인해 코팅 갭에 대한 제어력이 상실됩니다.

부적절한 표면 처리: 표면 산화물은 페이스트 접착에 영향을 미쳐 간접적으로 위치 편차를 유발합니다.

1.3슬러리 계수

과도한 점도: 수평 조절이 제대로 되지 않아 슬러리가 쌓이고 정렬이 틀어집니다.

표면 장력의 차이가 크다: A/B면 슬러리의 가장자리 수축이 고르지 않다.

1.4 프로세스 매개변수

코팅 속도 차이: 두 면의 속도 차이로 인해 레벨링 속도가 일관되지 않습니다.

일관되지 않은 건조 조건: A/B면 오븐의 온도 차이로 인해 기질 수축이 달라집니다.

2 개선 조치

2.1 장비 최적화

코팅 롤러와 백업 롤러의 동축성과 수평 정렬을 정기적으로 교정합니다.

고정밀 인코더와 격자자를 교체하여 코팅 헤드 위치 오차를 ≤±0.1mm로 보장합니다.

기판 장력 변동을 ≤±3%로 유지하기 위해 장력 제어 시스템(예: PID 폐쇄 루프 제어)을 최적화합니다.

2.2 포일 소재 관리

일관된 연성을 가진 호일을 선택하세요(예: 인장 강도가 균일한 구리/알루미늄 호일).

포일 표면 처리 공정을 향상시킵니다(예: 플라즈마 세척 또는 화학적 수동화).

2.3슬러리 조정

슬러리 점도를 최적의 레벨링 범위(양극: 10~12 Pa·s, 음극: 4~5 Pa·s)로 조절합니다.

A/B면 슬러리 사이의 표면 장력 차이를 균형 잡기 위해 계면활성제(예: PVP 또는 SDS)를 추가합니다.

2.4 프로세스 매개변수 최적화

A/B면 코팅 속도가 일정하고 속도 편차가 0.5m/분 미만인지 확인하세요.

분할형 온도 조절 건조(응력 완화를 위한 저온 단계, 빠른 경화를 위한 고온 단계)를 시행하여 온도 차이를 ≤5℃로 유지합니다.

3. 특정 문제 해결 절차

3.1 장비 검사

레이저 간섭계를 사용하여 코팅 롤러와 백업 롤러 사이의 평행도를 감지합니다(오차 ≤0.02 mm/m).

서보 모터와 센서 신호 안정성을 점검합니다(신호 드리프트가 전체 범위의 0.5%를 초과하지 않도록 합니다).

3.2 포일 평가

포일의 연성에 대한 샘플 테스트(파단 시 신장 편차는 ±5% 이내로 제어됨).

포일 표면 미세기공/산화물 층 두께에 대한 SEM 관찰(<50 nm이어야 함).

3.3슬러리 테스트

A/B면 슬러리 점도와 틱소트로피 지수(틱소트로피 루프 면적 차이 <5%)를 측정하는 레오미터입니다.

두 면의 차이를 측정하는 표면 장력계(<2 mN/m이어야 함).

3.4 프로세스 모니터링

실시간 코팅 두께 모니터링(두께 변동 CV ≤1%)을 위한 온라인 레이저 두께 측정 시스템입니다.

건조 후 면밀도의 X선 측정(측면 일관성 편차 <2%).

결론: 장비 보정, 재료 선별, 슬러리 최적화 및 폐쇄 루프 공정 매개변수 관리를 구현함으로써 A&B 표면 정렬 불량을 ≤0.5mm 이내로 제어하여 일관된 셀 용량과 안전성을 보장할 수 있습니다.