전극 캐스팅 및 전지 조립 실험

본 내용은 " [화학공학실험I] 전극 캐스팅, 전지 조립 예비보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.10.30

문서 내 토픽

• 1. 전극 캐스팅 공정

  양극재의 캐스팅 과정을 통해 전극을 직접 제작하는 실험이다. 활물질(α-MnO4), 도전재(super P), 바인더(PVDF)를 7:2:1 비율로 혼합하여 슬러리를 생성하는 믹싱 공정과 이를 SUS 기판에 코팅하는 코팅 공정으로 구성된다. NMP를 용매로 사용하여 도전재의 분산을 용이하게 하고, OHP필름을 이용해 균일하게 코팅한 후 80℃에서 건조하여 배터리 성능을 향상시킨다.

• 2. 전지 구성 요소 및 역할

  활물질은 전지의 화학반응에 직접 관여하며 용량과 전압을 결정한다. 도전재는 활물질 사이의 전자 이동을 촉진하고, 바인더는 전극 소재의 결착력을 높여 배터리 수명을 연장한다. 집전체는 전기화학 반응을 일으켜 전자를 외부와 내부로 이동시키는 통로 역할을 한다. 분리막은 양극과 음극의 물리적 접촉을 차단하면서 이온 이동을 허용한다.

• 3. 수계 아연 이차 전지

  리튬이온전지와 달리 물을 전해질로 사용하는 전지로, 대기 중에서 제조 가능하여 공정 단가가 낮고 탄소 배출량이 적다. 가격이 저렴한 아연 금속을 음극으로, 망간이나 바나듐 기반 물질을 양극으로 사용한다. 높은 에너지밀도, 빠른 충방전 속도, 높은 안정성을 장점으로 지니며 발화 위험이 없어 안전하다.

• 4. 코인셀 조립 공정

  Bottom cap, Gasket, Spacer, Spring, Top cap으로 구성된 코인셀을 순서대로 조립하는 과정이다. 양극과 음극을 정확히 정렬하고 분리막을 올린 후 전해질을 주입하고 음극을 배치한다. Crimper를 이용하여 높은 압력으로 sealing하여 전해액 누출을 방지하고 전지를 완성한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 전극 캐스팅 공정

  전극 캐스팅 공정은 배터리 제조의 핵심 단계로서 매우 중요한 역할을 합니다. 이 공정에서는 활물질, 바인더, 도전재 등을 혼합하여 균일한 슬러리를 만들고 이를 집전체에 코팅하는 과정이 진행됩니다. 공정의 정밀성이 최종 배터리의 성능, 수명, 안전성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 온도, 습도, 코팅 두께 등의 변수를 엄격하게 관리해야 합니다. 특히 균일한 두께와 밀도를 유지하는 것이 전극의 전기화학적 특성을 결정하므로, 자동화 및 품질 관리 기술의 발전이 필수적입니다.

• 2. 전지 구성 요소 및 역할

  배터리는 양극, 음극, 전해질, 분리막 등 여러 구성 요소로 이루어져 있으며, 각 요소가 고유한 역할을 수행합니다. 양극과 음극은 화학 반응을 통해 전자를 방출하고 수용하며, 전해질은 이온 전도를 담당하고, 분리막은 양극과 음극의 물리적 접촉을 방지하면서 이온 이동을 허용합니다. 이러한 구성 요소들의 재료 선택과 설계가 배터리의 에너지 밀도, 출력, 안전성, 수명을 결정합니다. 각 요소 간의 호환성과 상호작용을 이해하는 것이 고성능 배터리 개발의 기초가 됩니다.

• 3. 수계 아연 이차 전지

  수계 아연 이차 전지는 환경 친화적이고 안전한 차세대 배터리 기술로 주목받고 있습니다. 물을 전해질로 사용하기 때문에 유기 전해질 배터리에 비해 화재 위험이 낮고 제조 비용이 저렴하며 재활용이 용이합니다. 아연은 풍부한 자원이고 높은 이론 용량을 가지고 있어 경제성이 우수합니다. 다만 수계 환경에서의 아연 덴드라이트 형성, 수소 발생 반응, 전해질 분해 등의 문제를 해결해야 하며, 이를 위한 전극 표면 처리, 첨가제 개발, 분리막 개선 등의 연구가 활발히 진행 중입니다.

• 4. 코인셀 조립 공정

  코인셀 조립 공정은 소형 배터리를 제조하는 표준화된 방식으로, 연구 개발 및 소규모 생산에 널리 사용됩니다. 이 공정에서는 양극, 분리막, 전해질, 음극을 순서대로 적층하고 금속 케이스에 밀폐하는 과정이 포함됩니다. 정밀한 조립이 필요하며 오염 방지를 위해 건조한 환경에서 진행되어야 합니다. 코인셀은 새로운 배터리 재료와 화학 시스템을 신속하게 평가할 수 있는 장점이 있어 기초 연구에 매우 유용합니다. 다만 대량 생산에는 부적합하므로 상용화 단계에서는 다른 형태의 조립 공정으로 전환이 필요합니다.