리튬이온전지는 크게 분류하자면 전극공정 > 조립공정 > 활성화공정 > 패키징공정순으로 만들어집니다. 세분화해서 볼건데, 오늘 이 글에서는 활성화공정을 살펴볼게요.
활성화공정이란?
조립공정에서 전극판을 만들었고 여기에 분리막, 전해액을 추가해 2차전지를 만들었죠. 겉모습만 봐서는 2차전지가 확실한데, 내실을 아직 테스트를 안했어요. 배터리가 잘 작동하는지 안전한지를 보는 것을 활성화공정이라합니다.
참고로 2차전지 모든 공정중 가장 많은 부피를 차지하는게 활성화공정입니다. 아래 설명하겠지만, 숙성하는 시간이 있어서 그렇습니다.
에이징(Aging) : 전해액이 전극에 잘 스며들도록 하자
조립공정에서 전해액주입까지 끝마쳤죠. 하지만, 그냥 넣었다고 잘 된다는 보장이 없어요. 그래서, 배터리제조사들은 30분 ~ 3시간 가량을 전해액이 양극과 음극에 잘 스며들 수 있도록 상온보관을 합니다. 이것을 '에이징(aging)'이라고 해요. 시간이 지나 나이를 먹어가는 것을 aging이라 표현하는 것 처럼 전해액이 잘 스며들도록 기다리는 2차전지배터리도 에이징과정이라 일컫습니다.
SEI Layer : 양극에서 오는 리튬이온 OK, 음극에서 품고있는 전자는 방출 X
에이징공정을 통해 전해액이 전극에 잘 스며들었다면, 이제 충전을 해봐야해요. 리튬이온전지세계에서 충전이란 +극에서 -극으로 리튬이온이 이동하는 것을 얘기해요. 전해액이 택시역할을 함으로 에이징 과정을 한 이유가 이거 때문이죠. 충전을 하게되면 양극에 있던 리튬이온들이 음극에 모두 도달하는데, 이때 음극에 있는 전해질이 분해가 되면서 얇은 막을 형성하게 됩니다. 이 얇은막을 SEI Layer라 해요. SEI는 Solid Eletrolyte Interphase의 약자입니다. Solid(고체) + Electrolyte(전해질)니까 고체화된 전해질인 것이죠.
이 SEI층이 음극이 품고있는 전자의 이동은 막고 양극에서 들어오는 리튬이온만 통과시키는 역할을 하는거에요. 아주 중요한 녀석인 것이죠. 배터리의 안전성과 수명을 책임지는 녀석입니다.
디개싱(Degassing) : 에이징, 충전으로 생긴 가스를 제거하자
전해액이 잘 스며들도록 에이징도 진행하고 충전을 하다보면 SEI층도 생긴다면 원활하게 진행되고 있다는 것인데요. 다만, 에이징과 충전과정에서 가스가 생길 수 있어요. 아무래도, 안에 있는 물질들끼리 부딪히다보면 생기겠죠. 그래서, 디개싱과정을 해줍니다. 디개싱(Degassing)이란 2차전지배터리 내부에 차있는 가스를 빼주는 작업을 얘기해요. Degassing의 De는 어원적으로 not이란 뜻을 가지고 있기에 그대로 해석하면 no 가스이니 가스를 빼주는 뜻으로 쓰이는 겁니다. 가스를 뺐다고 끝난 것은 아니에요. 가스를 빼내는 과정에서 전해질도 빠졌기 때문이죠. 다시, 에이징과 충전과정을 두차례 정도 더 해줍니다. 그리고, 충전이 끝났다면 다 방전시키고 나면 활성화공정은 끝이납니다.
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