"검사항목만 2000가지" 삼성SDI가 만드는 배터리 품질관리는 어떻게…
신지하 기자 jiha@hankooki.com 기사입력 2021-09-21 14:00:19
[데일리한국 신지하 기자] 최근 글로벌 배터리 시장 성장세가 본격화하면서 배터리 제조 공정과 안전성에 대한 관심이 높아지고 있다.

  • 배터리 극판 공정 중 코팅 단계. 사진=삼성SDI 제공
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21일 삼성SDI에 따르면, 배터리는 크게 '극판→조립→화성' 제조 공정을 거치며, 2000여개 항목으로 구성된 실시간 품질 시스템을 통과한 제품이 공급처에 납품된다.

우선 극판 공정에서는 배터리에 들어가는 양극과 음극을 만든다. 첫 단계는 믹싱으로, 리튬 화합물 등 각종 재료들이 배합된 활물질에 도전제를 넣어 전도성을 높이고 바인더를 넣어 이들이 잘 붙게 한다.

믹싱 단계가 끝나면 활물질, 도전제, 바인더가 고루 섞인 슬러리를 기재 위에 고르게 도포하는 코팅 단계로 넘어간다. 양극은 알루미늄 기재에, 음극은 구리 기재에 슬러리를 코팅하게 된다.

코팅 단계가 완료되면 프레스 단계로 넘어간다. 기재와 슬러리가 붙어 있을 수 있도록 압축하는 과정으로, 부피당 에너지 밀도를 확보하고, 기재와 슬러리 간 결착력을 강화한다. 이후에는 사이즈에 맞게 자르는 슬리팅 과정으로 넘어간다. 배터리마다 필요한 폭으로 양극과 음극을 자르는 단계다.

  • 사진=삼성SDI 제공
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극판 공정 다음 단계는 양극과 음극 극판들을 짜 맞추는 조립 공정이다. 원통형 배터리의 경우 맨 처음 이뤄지는 과정은 와인딩(Winding)이다. 분리막, 양극, 분리막, 음극 순으로 쌓은 기재들을 돌돌 마는 단계다.

이때 정해진 설계 용량에 맞춰 몇 바퀴를 감을지, 어떤 모양으로 감을지 결정하게 된다. 이렇게 분리막, 양극, 분리막, 음극으로 둘둘 말아진 것을 일명 젤리롤(Jelly Roll)이라고 부르기도 한다.

이후 외관을 감싸는 캔(Can)에 젤리롤을 삽입하고, 리튬 이온의 이동을 담당하는 전해액을 주입 후 뚜껑을 닫는다. 외부에 전해액이 남아있는지, 또는 이물질이 있는지 확인한 후 이력을 기재한다.

극판과 조립 공정까지 완료된 배터리에 숨을 불어 넣는 과정이 화성 공정이다. 조립 공정을 통해 만든 배터리는 그 상태 그대로는 전기를 띄지 않는다. 배터리의 본래 역할을 할 수 있도록 하는 단계가 바로 화성 공정이다.

  • 원통형 배터리. 사진=삼성SDI 제공
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화성 공정의 첫 번째는 활성화 단계다. 정해진 온도, 습도에서 일정 시간 동안 보관하는 에이징(Aging) 과정과 충전, 방전의 과정을 포함한다. 에이징 단계는 배터리 내부에 전해액을 충분히 분산시켜 리튬 이온의 이동이 최적화될 수 있도록 돕는 과정이다. 이 단계를 거치면 배터리 구조의 안정화가 이뤄지고, 제품으로서의 배터리 성능과 수명, 안전성 등이 어느 정도 결정된다.

두 번째는 저항과 전압 검사를 통해 배터리를 선별하는 단계다. 배터리 내부에 이물질이 들어가 있지는 않은지, 배터리 내부 구조가 안정적인지 파악하는 것이다. 세 번째는 용량 선별 단계로 규정된 용량에 적합한지, 배터리의 성능 및 수명을 확보했는지 검사한 후 포장 과정을 거쳐 고객에게 향하게 된다.

  • 사진=삼성SDI 제공
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삼성SDI는 "엄격한 배터리 제조 관리체계를 갖추고 실시간으로 제품 품질을 관리하면서 제조 과정 전반에 신뢰성과 안전성을 확보하기 위해 노력하고 있다"고 강조했다.

배터리 생산라인은 반도체 생산라인에 버금가도록 청정도를 비롯해 온도, 습도를 관리하고 있다. 습도는 1.3%, 온도는 20도, 청정도 이물관리 클래스는 1000 클래스 수준으로 관리한다. 1000 클래스는 1㎡ 내에 0.1μm(마이크로미터) 입자가 1000개 이하인 상태다. 0.1μm는 초미세먼지의 25분의 1수준인 매우 미세한 입자를 의미한다.

더불어 청정도 유지를 위해 근무자는 제조 라인에 들어가기 전 방진복을 입는다. 방진복은 먼지를 포함한 각종 입자들이 옷에 달라붙지 않도록 한다. 작은 먼지도 배터리 내부로 들어가면 문제를 일으킬 수 있기 때문에 청정도 유지는 중요하며, 입장 전에 신발을 세척하고 에어샤워까지 거친 후에 공장 내부로 입장할 수 있다고 회사는 설명했다.

삼성SDI는 "실시간 품질 시스템을 통해 배터리 생산 전 과정을 모니터링하며 품질을 체크하고 있다"며 "하나의 배터리가 만들어지기까지 약 2000개의 검사 항목을 거치게 되는데, 작은 부품 하나라도 문제가 있는 배터리는 별도로 분리되는 자동 시스템이 갖춰져 있다"고 밝혔다.

그러면서 "배터리 생산 라인의 자동화를 통해 제조 시간을 단축하면서 공정의 안정도도 높였다"며 "자동화 라인의 모든 제품은 이동 동선이 추적되고, 모든 배터리에는 주민번호와 같이 고유의 코드가 부여돼 언제 어디로 이동했는지 이력으로 저장된다"고 덧붙였다.

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