배터리 제조 시 점도와 밀도는 일관된 슬러리 품질을 달성하고, 성능을 최적화하고, 배터리의 전반적인 수명과 재활용성을 개선하는 데 중요한 역할을 합니다. Rheonics 인라인 센서는 배터리 슬러리 준비 및 코팅의 모든 핵심 단계에서 실시간 프로세스 제어 및 자동화를 위한 강력한 도구를 제공합니다.
내용의 표
- 1. 소개
- 2. 배터리 생산 개요
- 2.1 배터리 슬러리 및 전극 제조
- 2.2 프로세스 매개변수 제어의 중요성
- 3. Rheonics 인라인 센서
- 3.1 권장 센서 배치
- 3.2 실험실 측정과의 상관 관계
- 3.3 혼합 데이터 해석
- 4. 참조
개요
배터리는 스마트폰, 전기 자동차, 재생 에너지 시스템에 전력을 공급하는 등 현대 사회에서 핵심적인 역할을 합니다. 배터리 수요가 증가함에 따라 고품질, 효율적이고 안전한 생산 방식에 대한 필요성이 점점 더 중요해지고 있습니다. 배터리 제조에서 가장 중요한 단계 중 하나는 양극 및 음극 슬러리의 일관되고 정확한 조성을 확보하는 것입니다.
슬러리 특성의 미세한 차이조차도 성능 저하, 배터리 수명 단축, 환경 영향 증가를 초래하는 결함으로 이어질 수 있습니다. 생산 과정 전반, 특히 전극 제조 과정에서 점도와 밀도를 모니터링하면 최종 제품 품질과 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
배터리 생산 개요
배터리 생산은 일반적으로 세 가지 주요 단계로 나뉩니다.
- 전극제조 (혼합, 코팅, 건조, 캘린더링, 슬리팅, 진공건조)
- 셀 어셈블리 (스태킹, 패킹, 전해질 충전)
- 셀 마무리 (성형, 탈기, 노화, 테스트)
각 단계는 여러 단위 공정으로 구성되지만, 전극 제조 단계는 초기부터 일관된 품질을 보장해야 하는 단계입니다. 배터리 셀은 코팅된 전극 시트를 여러 겹 쌓아 제작되므로 전체 셀의 성능은 각 시트의 품질에 따라 달라집니다.
배터리 슬러리 및 전극 제조
이 공정은 활물질, 바인더, 전도성 첨가제, 그리고 용매의 혼합물인 배터리 슬러리를 제조하는 것으로 시작됩니다. 양극 슬러리와 음극 슬러리는 조성이 다르지만, 모두 균질성과 안정성이 요구됩니다.
슬러리 혼합은 온도, 혼합 속도, 블레이드 설계, 대기 조건 등의 변수가 최종 품질에 영향을 미치는 대형 용기에서 이루어집니다. 혼합 후, 슬러리는 (배관이나 밀폐형 탱크를 통해) 코팅 스테이션으로 이송되어 금속 호일에 도포되고, 이후 건조되어 전극 시트로 가공됩니다.
프로세스 매개변수 제어의 중요성
RWTH Aachen [1] 보고서에 따르면 슬러리 품질을 결정하는 주요 요소는 다음과 같습니다.
- 동종
- 입자 크기
- 청정
- 점도
이러한 매개변수를 엄격한 허용 오차 범위 내에서 유지하는 것은 균일한 고성능 배터리를 생산하는 데 필수적입니다. Rheonics 인라인 센서는 다음을 제공하여 이를 가능하게 합니다. 연속적이고 실시간 점도 및 밀도 모니터링—오프라인 샘플링으로 인한 지연을 제거하고 즉각적인 시정 조치를 취할 수 있습니다.
Rheonics 인라인 센서
Rheonics 배터리 슬러리 및 전해질 응용 분야에 맞게 맞춤 제작된 두 가지 고급 인라인 센서 유형을 제공합니다.
두 센서 모두 까다로운 산업 환경을 견뎌내고 공정 라인이나 탱크에서 직접 정확하고 신뢰할 수 있는 측정값을 제공하도록 설계되었습니다.
주요 장점 :
- 지속적인 인라인 모니터링
- 재교정이 필요하지 않습니다
- 샘플링 지연을 줄여 낭비를 줄입니다.
- 높은 정밀도 및 반복성
- 전체 프로세스 자동화 활성화
권장 센서 배치
Rheonics 센서는 배터리 슬러리 및 코팅 공정의 여러 주요 단계에 설치될 수 있습니다.
- 들어오는 원자재: 생산에 들어가기 전에 점도나 밀도를 확인하세요.
- 혼합 탱크: 믹서 내부에 SRV를 설치하여 실시간 점도 추적이 가능합니다. 균질성, 배합 오류 또는 오염을 조기에 감지하는 데 도움이 됩니다.
- 저장 및 공급 탱크: 침전을 방지하고 안정적인 슬러리 구성을 보장하기 위해 재순환 라인에서 SRD를 사용합니다.
- 코팅 공정: SRV는 일관된 슬러리 흐름과 코팅 두께를 보장하여 배터리 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.
- 세포 충전: SRV와 SRD는 모두 전해질 흐름 특성을 모니터링하여 셀 조립 중 적절한 젖음과 활성화를 보장합니다.
실험실 측정과의 상관 관계
Rheonics 비뉴턴 유체와 같은 배터리 슬러리에서 작동하는 센서는 회전식 점도계와 같은 실험실 점도계와 동일한 점도 판독값을 제공하지 못할 가능성이 높습니다. 기술이 매우 다른 전단 속도에서 작동하기 때문입니다. Rheonics SRV와 SRD는 주로 공정 제어 장비입니다. 측정값을 통해 생산 기준선과의 가장 작은 편차까지 감지할 수 있으므로 공정 모니터링 및 제어에 이상적입니다.
하지만 실험실 측정값과의 정렬이 필요한 경우, 인라인 측정값을 실험실 결과와 일치하도록 변환하는 상관관계 모델을 생성할 수 있습니다. 이 모델을 센서 펌웨어에 업로드하여 실시간으로 조정된 출력을 얻을 수 있습니다.
혼합 데이터 해석
사용 Rheonics 혼합 탱크의 센서는 공정, 유체 조성 변화 및 전반적인 공정 성능에 대한 매우 통찰력 있는 정보를 제공합니다. 그러나 혼합 공정은 측정값에 노이즈를 유발할 수 있으며, 특히 점도에서 노이즈가 발생할 수 있습니다. 이 노이즈는 공정 변화를 나타낼 수도 있는데, 공정이 설정점 점도에 도달하면서 측정 노이즈가 감소하는 것은 시스템의 균질성을 나타내는 지표이기 때문입니다. 이후 설정점 허용 오차 범위에서 벗어나는 것은 슬러리의 아티팩트, 기포 또는 노화를 나타낼 수 있습니다. 점도와 밀도가 설정점 범위를 유지하는 것은 최종 제품이 품질 관리에 필요한 조성 및 일관성 목표를 충족하는지 확인하는 훌륭한 방법입니다.
실시간 점도 및 밀도 데이터는 슬러리 동작에 대한 심층적인 통찰력을 제공합니다.
- 안정적인 점도 값 시간이 지남에 따라 일관된 혼합을 나타냅니다.
- 갑작스러운 편차 오염, 기포 또는 재료 저하를 나타낼 수 있습니다.
- 낮은 측정 설정점 달성 중 소음은 동질성을 나타냅니다.
참고자료
[1] 리튬 이온 배터리 셀 생산 공정. https://www.pem.rwth-aachen.de/global/show_document.asp?id=aaaaaaaaabdqbtk
[2] 배터리 재료. https://www.freemantech.co.uk/applications/battery-materials
[3] 리튬 이온 셀의 전해액 충전 . https://www.youtube.com/watch?si=6ksqM2v-ksH7vB_z&v=ceUSPNzxwls
