리튬 배터리의 화성(Formation) 공정에서 저전압 불량이 발생하는 것은 비교적 흔하지만 매우 중요한 문제이며, 일반적으로 전지의 초기 충전 및 활성화 과정에서 이상 현상이 있음을 나타낸다.
첫째, 원자재 결함 또는 투입 자재의 품질 문제가 근본적인 원인 중 하나이다. 음극 재료의 활성 물질 결함, 낮은 전도성, 불균일한 코팅 등은 직접적으로 리튬 삽입을 방해하고 과도한 리튬 이온을 소모할 수 있다. 분리막의 기공률 이상, 두께 불균일, 젖음성 불량은 전해질 침투와 이온 수송에 영향을 미친다. 전해액 주입량 부족, 조성 부적절, 불순물 존재는 부반응을 유발하여 활성 리튬을 소모할 수 있다. 양극 재료의 결함, 잔류 알칼리 과다, 전류 집전체의 오염이나 산화 또한 중요한 문제이다. 또한 바인더나 도전재와 같은 보조 재료의 분산 불균일이나 성능 저하는 잠재적인 위험 요인으로 작용한다.
둘째, 셀 제조 공정에서 발생하는 결함도 매우 중요하다. 적층/권취 공정에서 전극 정렬 불량이나 권취 불균일은 국부적인 리튬 석출 또는 단락을 초래할 수 있다. 용접 불량(가짜 용접, 냉납)은 접촉 저항을 증가시킨다. 전해액 주입 부족, 침윤 불충분, 환경 관리 불량은 셀 내부에 "건조 영역"을 형성하여 효과적인 이온 전도를 방해한다. 봉입 불량은 전해액 누설이나 오염물 유입을 초래할 수 있다. 청정도 관리가 부족하면 금속 이물이나 먼지가 유입되어 미세 단락을 일으킨다.
셋째, 부적절한 화성 공정 조건 또한 직접적으로 저전압을 초래할 수 있다. 충전 전류가 과도하게 높으면 분극이 증가하고 불안정한 SEI막 형성이나 리튬 석출을 유발할 수 있다. 충전 종료 전압을 지나치게 낮게 설정하거나 정전압 유지 시간이 불충분하면 리튬 이온의 완전 삽입이 불가능하다. 온도 제어가 지나치게 높거나 낮으면 이온 전도성과 부반응 정도에 영향을 준다. 휴지 시간이 부족하거나 공정 흐름이 불합리하면 전해액 침윤 및 반응 평형이 충분히 이루어지지 않는다.
넷째, 화성 장비나 검사 시스템의 문제도 무시할 수 없다. 화성 채널 동작 이상, 치구 접촉 불량, 전압 검출 오류, 프로그램 설정 실수와 같은 하드웨어·소프트웨어 문제는 모두 저전압 오판정을 유발할 수 있다.
저전압 불량이 발생하면 전지는 종종 되돌릴 수 없는 손상을 입으며 성능과 안전성에 심각한 영향을 준다. 가장 직접적인 영향은 용량의 심각하고 비가역적인 감소이며, 이는 활성 리튬의 소모 및 활성
물질의 불완전 활성화 때문이다. 또한, SEI막의 지속적 성장, 미세 단락의 악화, 음극 구조 손상으로 인해 사이클 수명이 급격히 단축된다. 동시에, 자가 방전율은 뚜렷하게 증가하고 내부 저항은 상승하며, 이는 레이트 특성 저하뿐만 아니라 작동 시 발열을 증가시킨다.
더 심각한 문제는 안전 위험의 급격한 증가이다. 저전압 불량 셀은 리튬 석출 위험이 크며, 리튬 수지는 분리막을 관통하여 심각한 내부 단락이나 열폭주를 유발할 수 있다. 기존의 미세 단락 지점은 사용 과정에서 확장될 수 있고, 가스 발생이 증가하여 셀 팽창 또는 파열을 일으킬 수 있다. 이러한 불량 셀이 배터리 팩에 포함되면 "약한 고리"가 되어 팩의 일관성, 전체 수명, 안전성에 심각한 영향을 미친다.
저전압 불량의 근본 원인은 활성 리튬의 비가역적 소모(부반응, 리튬 석출, 미세 단락에 의한 소모) 및 리튬 이온의 수송/삽입 경로 장애(침윤 불량, 접촉 불량, 재료 결함)에 있다. 그 결과는 매우 심각하며, 영구적인 용량 손실, 사이클 수명 단축, 높은 자가 방전, 높은 내부 저항, 크게 증가한 안전 위험으로 이어진다.
따라서 화성 공정에서의 저전압 불량을 모니터링하고 분석하는 것은 리튬 배터리 생산 품질 관리의 핵심 단계이며, 최종 제품의 성능과 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 검사 시스템의 정밀도가 부족하면 초기의 미세한 전압 이상 신호가 쉽게 누락되어 배터리 내부에 "시한폭탄"을 심어두는 것과 같다. 따라서 고성능·고정밀 배터리 검사 장비의 선택은 단순한 보조 생산 단계가 아니라 중요한 방어선이다. NEWARE CT/CE-4000 시리즈 배터리 검사 시스템은 고정밀 배터리 시험을 위해 설계되었으며, 3C 단일 셀, 전고체 배터리, 배터리 소재 연구 등 다양한 응용에 적합하다. 4-레인지 설계를 채택하여 측정 정확도는 최대 ±0.05% f.s.에 이르며, μA에서 mA까지의 정밀한 시험 요구를 충족한다. 또한 Type-C 전원 인터페이스를 갖춘 휴대용 배터리 시험 솔루션을 제공하며, CV와 EIS 시험 기능을 추가하여 전기화학적 시험 요구를 충족한다. 표준 충방전 기능 외에도 EIS, DCIR, CV, 펄스 시뮬레이션 등 다양한 시험 모드를 통합하여 종합적인 시험 요구를 충족시킨다.
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