자동차 배터리 제조 공정: 셀에서 파워팩까지

배터리가 평범해 보여도 제조 공정은 꽤 복잡할 수 있습니다. 이 글에서는 완성차 배터리를 예로 들어 배터리가 처음부터 어떻게 생산되는지 보여드리겠습니다. 읽고 나면 동력원에 대해 더 잘 알게 되실 겁니다.

1. 배터리 셀은 어떻게 탄생하는가?

셀은 배터리 시스템의 최소 단위입니다. 배터리 셀들이 모여 모듈을 이루고, 이 모듈들이 모여 배터리 팩을 형성합니다. 이것이 차량 동력 배터리의 기본 구조입니다.

1.1 활성 물질 펄핑 - 혼합

혼합 공정은 진공 믹서로 활성 물질을 슬러리 형태로 교반하는 것입니다. 배터리 생산의 첫 공정입니다. 이 공정의 품질 관리가 배터리 품질과 완제품 합격률에 직접 영향을 미칩니다.

1.2 교반된 슬러리를 구리 포일에 도포 - 코팅

앞선 작업으로 교반된 슬러리를 4000미터 길이의 구리 포일에 분당 24피트 속도로 도포합니다. 코팅 전 구리 포일 두께는 6미크론에 불과합니다.

1.3 구리 포일 위 양극 소재 프레싱 및 분할 - 냉간 프레싱 및 예비 절단

밀링 작업장에서 롤러로 극판을 양극과 음극이 부착된 위치까지 프레싱하고, 생산할 배터리 크기에 맞춰 냉간 프레싱된 극판을 절단합니다.

1.4 배터리 양음극 절단 - 다이 커팅 및 슬리팅

다이 커팅 공정은 다이 커팅 머신으로 배터리 셀의 도전 극탭을 형성하는 것입니다. 극탭은 셀 내 양극과 음극에서 파생된 금속 도체입니다. 슬리팅 공정은 커터로 배터리 극판을 절단하는 것입니다.

1.5 배터리 셀 프로토타입 완성 - 권취(Winding)

양극 시트, 음극 시트, 배터리 분리막을 권취 방식으로 결합하여 베어 셀을 만듭니다.

1.6 수분 제거 및 전해액 주입 - 건조 및 주입

수분은 배터리 시스템의 적입니다. 배터리 건조 공정은 배터리 내부 수분을 기준치까지 낮춰 수명 주기 내내 좋은 성능을 보장합니다. 주입은 셀에 전해액을 주입하는 것입니다.

1.7 셀 활성화 공정 - 포메이션(Formation)

포메이션은 주입 후 셀을 활성화하는 공정으로, 충방전을 통해 셀 내부 화학 반응으로 SEI 막(전해질과 음극 물질이 고액 계면에서 반응해 형성된 부동태화 막)을 형성합니다. 이 공정에는 셀 활성화 후 2차 전해액 주입, 중량 측정, 주입구 용접, 기밀 테스트도 포함됩니다.

2. 배터리 팩 생산 공정

단일 배터리 셀은 직접 사용할 수 없습니다. 많은 셀이 보호 회로, 케이스와 결합되어야 비로소 직접 사용 가능합니다. 이를 배터리 모듈이라고 합니다.

2.1 공급(Feeding)

배터리 셀이 설정 위치로 이송되고 로봇이 자동으로 잡아 몰드 조립 라인으로 보냅니다.

2.2 플라즈마 세정 공정

각 셀 표면 세정. 이온 세정으로 공정 중 오염물질이 셀 바닥에 부착되지 않게 합니다.

2.3 셀 접착(Gluing)

셀 조립 전 표면 접착. 이것이 배터리를 고정, 절연, 방열하는 방식입니다.

2.4 엔드 플레이트 및 사이드 플레이트 용접

배터리 모듈은 주로 알루미늄 엔드 플레이트와 사이드 플레이트로 만들어지며, 나중에 로봇에 의해 적층 및 용접됩니다.

2.5 와이어 하네스 격리판 조립

용접 모니터링 시스템이 용접 위치를 정확히 위치시킨 후, 와이어 하네스 격리판의 소재 바코드를 제조실행시스템(MES)에 바인딩하고 별도 인코딩을 생성해 추적성을 확보합니다. 코딩 후 로봇이 자동으로 하네스 격리판을 모듈에 장착합니다.

2.6 배터리 직병렬 연결 완성 - 레이저 용접

자동 레이저 용접으로 극과 연결 부품 간 연결을 완료하여 배터리 직병렬 연결을 구현합니다.

2.7 출하 전 중요 테스트 - 오프라인 테스트

생산 라인을 떠나기 전 모듈의 전체 성능 검사: 모듈 전압/저항, 셀 전압, 내전압 테스트, 절연 저항 테스트 포함.

3. 배터리 팩 최종 테스트 - 배터리 팩 안전 테스트

사실 초기 설계 단계부터 전기차는 최대 안전을 보장하기 위해 다양한 방법을 채택합니다. 하지만 완벽한 설계도 실전으로 검증해야 합니다.

3.1 화재 테스트

안전 성능 면에서 중국 표준은 외부 연소 130초이며, 배터리가 발화하거나 폭발하지 않아야 합니다.

3.2 진동 테스트

진동 테스트는 실제 사용 중 배터리 팩의 울퉁불퉁한 도로 조건을 시뮬레이션합니다. 진동이 품질 나쁜 배터리 제품 부품을 느슨하게 하거나 쉘을 파손시킬 수 있는지 테스트합니다.

3.3 충격 테스트

진동 테스트와 유사하게 충격 테스트는 배터리 팩의 기계적 안정성을 테스트합니다. 차량이 도로 방지턱을 통과할 때 배터리 팩 구조에 가해지는 순간적 충격을 시뮬레이션합니다.

3.4 압착 테스트

압출 테스트 합격 기준: 배터리가 발화하거나 폭발하지 않아야 합니다.

배터리에 대해 더 알고 싶으시면 언제든 연락 주시거나 댓글 남겨 주세요. 기꺼이 답변드리겠습니다.