제조 결함은 셀 생산 과정에서 발생하거나 유입되는 재료, 공정 또는 설비상의 이상입니다. 이러한 결함은 일관성, 수명, 출력 특성 및 안전성에 영향을 줄 수 있습니다. 일반적인 제조 공정은 전극 제조, 셀 조립, 패키징 및 화성의 세 단계로 나뉩니다. 원자재 검사부터 최종 검사까지 폐쇄형 관
리 체계를 구축하면 결함이 후공정으로 확산되기 전에 발견하고 수정할 수 있습니다.
1. 전극 제조
혼합 공정은 양극·음극 활물질, 도전재, 바인더와 보조제를 용매에 분산해 안정적인 슬러리를 만드는 단계입니다. 원료에 포함된 금속 입자, 이물 또는 과도한 수분은 오염 결함을 일으킬 수 있습니다. 배합, 투입 순서, 전단 속도, 온도, 진공도 또는 혼합 시간이 적절하지 않으면 응집, 침전, 점도 변동과 기포 잔류가 발생합니다. 분말 체질과 청정 관리, 고형분·점도 관리 범위, 혼합 에너지와 탈포 상태를 관리하고, 점도·온도·진공도 기록에 현미경 관찰이나 입도 분석을 보완하면 배치 안정성을 판단할 수 있습니다.
코팅 및 건조는 음극용 동박 또는 양극용 알루미늄박에 슬러리를 균일하게 도포한 뒤 용매를 제거해 코팅층을 형성하는 공정입니다. 응집물, 이물, 핀홀, 줄무늬, 가장자리 누적 및 면밀도 편차는 슬러리 상태, 코팅 간격, 장력, 속도와 공급 안정성의 영향을 받습니다. 이 결함은 국부 전류 밀도를 불균일하게 만들어 출력 특성을 낮추고 용량 저하를 가속할 수 있습니다. 건조에서는 온도 구간, 풍량, 배기와 라인
속도를 함께 조절해야 합니다. 용매가 지나치게 빠르게 증발하면 표면 피막, 잔류 용매, 균열 또는 집전체와의 접착력 저하가 생길 수 있습니다. 잔류 수분과 용매는 샘플링 또
는 인라인 모니터링으로 공정 범위 안에서 관리합니다
캘린더링은 코팅층을 압축해 공극률, 두께와 에너지 밀도를 조정합니다. 롤 압력, 롤 간격, 속도, 온도와 웹 장력의 불일치는 주름, 압흔, 균열, 분말 탈락 또는 단선을 만들 수 있습니다. 과도한 압밀은 전해액 침투와 이온 이동을 방해하고, 압밀 부족은 접촉 상태와 에너지 밀도를 낮춥니다.
2. 셀 조립
슬리팅과 금형 절단은 연속 전극을 정해진 치수로 가공합니다. 공구 마모, 부적절한 간격 또는 분진 관리 부족은 버, 절단 조각, 분말 탈락과 가장자리 들뜸을 유발합니다. 금속 버와 절단 조각은 분리막을 손상시켜 내부 단락을 일으킬 수 있으므로 버 높이, 절단면 상태, 분진 수준과 공구 상태를 중점적으로 점검해야 합니다.
권취 또는 적층은 양극, 음극과 분리막을 전극군으로 조립하는 단계입니다. 분리막 주름, 전극 접힘, 정렬 오차, 장력 변동과 기계적 손상은 국부 응력과 전류 분포를 변화시킵니다. 비전 검사, 장력 제어와 치수 추적을 통해 전극 가장자리와 분리막 사이의 안전 여유를 확보합니다.
탭 및 하우징 용접에서는 용접 조건, 탭 설계, 겹침 상태와 청정도가 접합 강도와 저항을 좌우합니다. 불완전 용접은 저항 증가와 국부 발열을 일으키고, 과도한 용접은 집전체나 절연 구조를 손상시킬 수 있습니다. 용접 스패터가 셀 내부에 들어가면 이물 위험이 됩니다. 초음파 용접은 빠르고 효율적이지만 압력과 진동을 탭의 두께, 적층 수와 재료 특성에 맞춰야 합니다.
3. 패키징 및 화성
전해액 주입과 함침은 주입량, 진공도, 압력, 온도와 대기 시간이 함께 결정합니다. 함침이 불충분하면 국부 반응이 제한되고 저항이 증가하며 수명이 짧아집니다. 전해액이나 입자에 둘러싸인 공기가 남으면 기포가 될 수 있습니다. 질량, 진공 곡선, 대기 시간과 화성 전후 두께 변화를 함께 확인하면 판단 정확도를 높일 수 있습니다.
화성은 최초 충·방전을 통해 안정적인 고체전해질계면막(SEI)을 형성하는 공정입니다. 온도, 가압력, 전류, 종료 전압과 충·방전 프로파일은 SEI의 조성, 치밀도와 임피던스에 영향을 줍니다. 전류가 지나치게 크면 불균일하거나 다공성인 계면이 형성될 수 있습니다. 수분 관리가 나쁘면 전해액과 반응해 산성 물질과 가스를 만들고 계면을 손상시켜 팽창 위험을 높입니다. 화성 후 에이징, 용량 시험과 직류 저항 시험은 초기 결함 선별에 도움이 됩니다.
4. 결함 관리의 폐쇄 루프