건식 배터리 공정으로 설치 공간 및 에너지 소비 최소화

Jul 24, 2023

크리스티앙 카자리안 | 2023년 7월 10일

배터리 제조 공정의 주요 단계 중 하나는 금속 호일 위에 활물질을 코팅하여 전극을 만드는 것입니다. 활성 물질은 전기화학 반응이 일어나는 곳으로, 전극이 셀이 방전될 때 에너지를 저장했다가 방출할 수 있도록 해줍니다.

건식 배터리 전극(DBE)은 "분말-필름" 경로로 전극 제조를 혁신하는 배터리 업계의 새로운 개념이자 기술입니다. 이 공정은 습식 공정 제조(전극박을 습식 화학 슬러리로 코팅)에 비해 소요되는 시간과 에너지가 단축되고 필요한 공간이 최소화됩니다.

전통적인 습식 공정은 배터리 제조의 더 복잡한 단계입니다. 유체 감지 솔루션 회사인 Rheonics에 따르면 조립의 첫 번째 단계는 용매에 활성 물질, 전도성 물질 및 고분자 바인더를 포함하는 현탁액을 구리 필름 또는 알루미늄 필름에 증착하는 것입니다(슬러리 준비 및 코팅). 그 다음에는 전극의 건조, 캘린더링 및 크기 조정이 이루어집니다.

바람직한 전기화학적 성능을 제공하려면 배터리 전극의 다단계 제조 공정을 엄격하게 제어해야 합니다. 슬러리는 점성이 높은 매체에 다양한 화학 물질, 크기 및 모양의 고체 입자가 상당한 비율로 포함되어 있는 복잡한 현탁 시스템입니다.

균질성을 위해서는 슬러리의 철저한 혼합이 필수적입니다. 슬러리의 유변학적 특성은 완성된 전극에 영향을 미치는 슬러리 안정성, 혼합 용이성 및 코팅 성능과 같은 중요한 특성에 영향을 미칩니다. 조성 및 적용된 처리 조건은 생성된 현탁액의 유변학에 영향을 미칠 수 있습니다.

DBE 공정은 복잡하고 시간이 많이 걸리는 전통적인 습식 공정에 대한 실행 가능한 솔루션으로 지난 몇 년 동안 화제를 모았습니다.

리튬 이온 배터리는 전자 제품, 장난감, 무선 헤드폰, 휴대용 전동 공구, 소형 및 대형 가전 제품, 전기 자동차 및 전기 에너지 저장 시스템에 사용됩니다.

현재 Tesla의 일부가 된 Maxwell Technologies와 캘리포니아에 본사를 둔 LiCap Technologies 및 매사추세츠에 본사를 둔 AM 배터리를 포함한 다른 회사들이 건식 코팅 기술을 제공하고 있습니다.

LiCap Technologies는 자사의 프로세스를 Activated Dry Electrode 기술이라고 부릅니다. 2022년 12월 LiCap은 건식 전극 제조 장비 대량 생산을 위해 Siemens 및 BW Papersystems(Barry-Wehmiller 사업부)와 파트너십을 맺었습니다.

전략적 파트너십을 통해 배터리 셀 산업을 위한 혁신적인 건식 전극 제조 시스템을 제조하고 상용화할 것입니다.

AM Batteries의 프로세스는 다음과 같습니다.

이들은 DBE를 탐구한 몇몇 회사에 불과합니다.

바로 올해 Tesla와 Volkswagen 모두 DBE 프로세스를 사용하기 시작했습니다.

2023년 3월,테슬라새로운 차세대 4680 셀 설계에 적용하고 있는 새로운 배터리 제조 건식 전극 코팅 공정을 통합했습니다.

Tesla는 2019년 캘리포니아 스타트업 Maxwell Technologies 인수를 통해 건식 공정 기술을 확보했습니다. 이는 전극박을 습식 화학 슬러리로 코팅하는 전통적이고 복잡한 배터리 제조 단계를 대체합니다(EV 회사는 2021년 Maxwell Technologies를 UCPower에 매각했지만 건식 배터리 전극 공정 방법론을 고수했습니다.)

전통적인 방법에서는 코팅된 포일을 최종 조립하기 전에 오랜 건조 과정을 거쳐야 하며, 슬러리에 사용된 독성 용매를 회수하여 폐기해야 합니다.

Tesla는 또한 건식 코팅 공정이 배터리 제조 공장의 크기, 비용, 에너지 소비 및 생산 주기 시간을 획기적으로 줄이는 동시에 배터리 셀의 에너지 밀도와 출력을 높일 수 있는 잠재력이 있다고 믿습니다.

Tesla의 배터리 파트너 중 하나인 Panasonic은 올 5월 “성능 개선 조치”를 도입하기 위해 Tesla 4680 배터리 셀의 양산을 연기한다고 발표했습니다. 어떤 조치인지에 대한 정보는 없었습니다.