형성 및 등급 분류 시스템의 작동 원리는 리튬 이온 배터리의 충전-방전 과정을 정밀하게 제어하여 화학 활성화(형성) 및 용량 분류(등급 분류)를 달성하는 데 중점을 두고 있으며, 이는 배터리 셀의 일관된 성능과 최적화된 품질을 보장합니다.
새로운 리튬 이온 배터리가 생산될 때, 내부 전극 재료와 전해질은 초기 전기화학적 반응을 완료하지 않았으며, 안정적인 배터리 작동에 필수적인 고체 전해질 중간층(SEI) 필름이 적절히 형성되지 않았습니다.
형성 과정은 이를 해결하기 위해 설계되었습니다:
·시스템은 사전 설정된 프로그램(예: 다단계 정전류/정전압 충전)에 따라 배터리를 충전 및 방전합니다.
·충전 과정에서 리튬 이온은 양극에서 음극으로 이동하며 전해질과 반응하여 음극 표면에 안정적인 SEI 필름을 형성합니다. 이 필름은 전해질의 추가 분해를 방지하고 배터리의 사이클 수명과 안전성을 보장합니다.
·내장형 온도 측정 시스템은 배터리 온도를 실시간으로 모니터링합니다(제어 정확도 ±2℃)하여 SEI 필름이나 배터리 구조를 손상시킬 수 있는 과도한 국부적 열을 방지합니다.
형성 후 동일한 배치의 배터리들은 원재료나 제조 과정의 미세한 차이로 인해 용량, 내부 저항, 충전-방전 효율에 약간의 차이가 있을 수 있습니다. 등급 분류는 이러한 배터리를 선별하고 분류하여 후속 배터리 팩 조립 시 일관성을 확보하기 위해 사용됩니다.
등급 분류 과정은 다음과 같이 진행됩니다:
·시스템은 활성화된 배터리에 대해 표준화된 충전-방전 테스트를 수행하며, 정격 용량, 실제 용량, 내부 저항, 전압 플랫폼 등 핵심 파라미터를 정확히 측정합니다.
·사전 설정된 기준(예: 용량 편차 범위, 내부 저항 임계값)에 따라 시스템은 배터리를 다양한 등급으로 자동 분류합니다.
·성능이 유사한 배터리는 그룹화되어 배터리 팩의 전체 일관성, 수명, 안전성을 향상시킵니다(예: 팩 내 개별 셀의 과충전 또는 과방전을 방지함).
안정적인 운영과 생산 효율성을 보장하기 위해 시스템은 다음과 같은 다중 보조 기능을 통합합니다:
·모듈식 설계: 18650, 21700, 26650 등 다양한 배터리 모델에 맞게 생산 사양을 빠르게 전환할 수 있습니다.
·에너지 피드백: 방전 시 방출되는 에너지를 회수하고 재사용하여 에너지 소비를 줄입니다.
·안전 보호: 단락 보호, 이상 온도 경보, 연기 감지 기능을 포함하여 충전-방전 과정에서 사고를 방지합니다.
형성 및 등급 분류 시스템은 리튬 이온 배터리 생산의 ‘품질 게이트키퍼’ 역할을 합니다: 형성은 배터리 성능의 기반을 마련하며, 등급 분류는 일관성을 보장합니다. 정밀한 제어와 지능형 기능으로 대규모 리튬 이온 배터리 제조에 필수적입니다.
리튬 이온 배터리 대량 생산에서 셀의 형성 및 등급 분류 과정은 배터리 성능과 일관성을 결정하는 핵심 요소입니다. 산업의 효율성, 정밀성, 안전성에 대한 요구가 지속적으로 증가함에 따라, 직사각형, 포켓형, 원통형 셀을 위한 자동화 시스템이 주류 선택으로 자리 잡았습니다. 이러한 시스템은 전통적인 수동 작업의 오류 문제를 전체 과정의 지능형 제어를 통해 해결할 뿐만 아니라 에너지 소비, 호환성, 안전성 측면에서 질적 도약을 달성합니다.
셀 유형에 관계없이 자동화 시스템은 “효율성, 안정성, 안전성”을 중심으로 핵심 기능을 구축합니다. 이는 대규모 생산에 대한 적응력의 핵심입니다:
에너지 재생과 에너지 절약은 모든 시스템의 공통된 특징입니다. 모든 시스템은 셀 충전 및 방전 과정에서 생성된 에너지를 회수하고 재사용하는 DCAC 재생 전력 공급 기술을 채택하여 생산 에너지 소비를 크게 줄입니다. 일일 수만 개의 셀을 처리하는 공장에서는 이 기술로 전기 비용을 30% 이상 절감할 수 있습니다.
데이터 보안 및 추적성도 우선순위로 삼고 있습니다. 시스템은 실시간 데이터 백업 기능을 갖추고 있습니다. 셀이 형성 과정에 진입하는 순간부터 등급 분류 완료까지의 모든 공정 데이터(전압 변화, 온도 곡선 등)가 기록되고 보관됩니다. 이는 품질 추적성 요구사항을 충족시킬 뿐만 아니라 생산 공정 최적화를 위한 데이터 지원을 제공합니다.
자동 교정 및 유지보수 알림 기능은 장기간 장비 사용 시 정밀도 저하 문제를 해결합니다. 충전-방전 테스트 모듈은 정기적으로 자동 교정되어 검출 데이터 오차가 ±1% 이내로 제어됩니다. 동시에 시스템은 운영 시간에 따라 유지보수 알림을 발행하여 부품 노화로 인한 생산 중단을 방지합니다.
프리즘형 셀은 규칙적인 구조와 높은 에너지 밀도로 인해 파워 배터리 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 이 자동화 시스템의 핵심 장점은 전체 공정 자동화 제어에 있습니다. 셀 로딩, 형성, 등급 분류부터 언로딩까지 모든 단계는 수동 개입 없이 스케줄링 시스템에 의해 제어됩니다. 이 설계는 단일 생산 라인의 일일 처리 용량을 전통적 장비의 두 배 이상으로 증가시킵니다.
다양한 사양의 프리즘형 셀(예: 두께 10-30mm, 너비 50-100mm)에 대응하기 위해 시스템은 모듈식 설계를 채택했습니다. 셀 모델을 변경할 때 고정 장치 파라미터만 조정하면 되며, 전환 시간은 30분 이내로 단축됩니다. 안전 측면에서는 기본 연기 센서 외에도 셀 탭 단락 감지 기능이 추가되었습니다. 이상이 감지되면 즉시 전원이 차단되어 안전 위험을 최소화합니다.
포치 셀은 경량화와 유연성으로 인해 소비자 전자제품에서 널리 사용됩니다. 그러나 얇은 구조로 인해 생산 장비에 대한 호환성 요구사항이 높습니다. 포치 셀 자동화 시스템은 조정 가능한 프로브 어셈블리를 통해 유연한 적응성을 실현합니다. 프로브 위치는 셀 탭 간격에 따라 자동으로 조정되며, 30mm에서 150mm까지 다양한 탭 디자인과 호환되어 하드웨어 교체 없이 제품 전환이 가능합니다.
온도 제어는 포켓 셀 생산의 핵심입니다. 이 시스템에는 셀 표면 온도를 실시간으로 모니터링하는 내장형 분산형 온도 센서가 탑재되어 있으며(정확도 ±0.5℃). 온도가 설정된 임계값(일반적으로 45℃)을 초과하면 열 방출 장치가 즉시 활성화됩니다. 독립적인 일정 관리 시스템과 데이터베이스는 다중 배치 생산 시 데이터 격리를 보장하여 서로 다른 셀 모델의 공정 파라미터 혼란을 방지합니다.
원통형 배터리(예: 18650 및 21700 모델)는 높은 표준화 덕분에 에너지 저장 및 소형 전원 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 이 자동화 시스템의 주요 장점은 다중 모델 호환성입니다. 조정 가능한 위치 조정 메커니즘을 통해 생산 라인을 변경하지 않고도 18650(직경 18mm)부터 32650(직경 32mm)까지의 주요 원통형 셀을 지원할 수 있습니다.
안전 설계 측면에서 원통형 배터리 자동화 시스템은 “이중 보호”를 실현합니다. 각 형성 스테이션은 독립적으로 격리되어 있어 단일 배터리가 이상 상태(예: 부풀음 또는 누출)가 발생하더라도 다른 스테이션에 영향을 미치지 않습니다. 동시에 시스템은 단일 배터리 과열 경보 및 자동 소화 장치를 갖추고 있습니다. 온도가 60℃를 초과하면 소화 메커니즘이 즉시 작동하여 안전 사고로 인한 손실을 최소화합니다.
또한 독립적인 인간-기계 인터페이스를 통해 각 스테이션의 운영 상태를 실시간으로 표시합니다. 운영 및 유지보수 인력은 장비 부하, 셀 합격률 등 핵심 지표를 직관적으로 파악할 수 있어 생산 리듬을 적시에 조정하는 데 도움이 됩니다.
위 솔루션에서 볼 수 있듯이, 직사각형, 포켓, 원통형 셀용 자동화 시스템은 모두 전통적 생산의 문제점을 세 가지 방향으로 해결합니다: “지능형 제어”, “유연한 적응”, “안전성 강화”. DCAC 재생 전력 공급을 통해 에너지 소비를 줄이고, 자동화 프로세스를 통해 효율성을 향상시키며, 정밀 모니터링을 통해 품질을 보장하는 조합은 셀 생산의 일관성 자격률을 85%에서 95% 이상으로 높이고 단위 생산 비용을 약 20% 감소시켰습니다.
배터리 제조업체에게 적합한 셀 자동화 시스템을 선택하는 것은 생산 용량을 늘리는 수단일 뿐만 아니라 제품 경쟁력을 보장하는 요소입니다. 기술의 진화에 따라 이러한 시스템은 AI 기반 프로세스 최적화 및 더 깊은 에너지 회수 등 방향으로 계속 발전하며, 리튬 이온 배터리 제조 산업을 더 높은 효율성과 친환경적 발전으로 이끌 것입니다.
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