배터리 제조의 모든 것: 단계별 배터리 공정 이해하기

세계 주요 자동차 제조사들은 전기차 캐즘 (Chasm·일시적 수요 정체)으로 인해 전기차 전환 목표를 수정하며 전동화 시대를 대비하고 있습니다.

하지만 ‘전기차 전환’은 거스를 수 없는 흐름인 만큼 전기차의 핵심 부품 중 하나인 "배터리"는 이 전동화 흐름에서 가장 중요한 요소로, 그 성능과 안정성이 차량의 품질을 좌우합니다. 그렇다면 배터리는 어떻게 만들어질까요? 이번 글에서는 배터리 제조 공정을 단계별로 살펴보고, 각 단계가 어떤 역할을 하는지 알아보겠습니다.
 

배터리 제조 공정 모식도. [참조: https://www.furukawa.co.jp]

1. 원료 준비

 
배터리 제조의 첫 번째 단계는 원료 준비입니다. 리튬, 니켈, 코발트와 같은 주요 금속 원료들이 각각의 특성에 따라 정제되고 가공됩니다. 양극 원료로는 리튬 화합물(예: 리튬 니켈 코발트 망간 산화물)이 사용되며, 음극 원료로는 주로 흑연 등의 탄소 물질이 사용됩니다. 이 단계에서는 원료가 적절한 순도와 형태를 갖추도록 하여 이후의 공정에서 안정적이고 효율적인 배터리 성능을 보장하게 됩니다.
 
 
 

2. 전극 제조

 
전극 제조 단계에서는 양극과 음극을 만듭니다. 이 단계에서 먼저 슬러리를 만드는 믹싱 공정이 진행됩니다. 슬러리는 양극과 음극의 활성 물질, 도전재, 바인더 등을 혼합하여 만들어지며, 이를 통해 전극의 성능을 최적화하고 각 재료가 고르게 분포되도록 합니다. 배터리에서 양극과 음극은 전자의 이동을 통해 전기를 생성하는 중요한 역할을 하죠. 양극은 보통 리튬 화합물로 만들어지며, 음극은 흑연 등의 탄소 물질을 사용합니다. 이들 재료를 슬러리 형태로 만든 뒤, 얇은 알루미늄 박막(양극)과 구리 박막(음극)에 코팅하여 건조합니다. 그 후, 전극을 압축하는 압연 공정을 통해 전극의 밀도를 높이고 전기적 특성을 향상시킵니다.
 
 

3. 셀 조립

 
셀 조립 공정은 양극, 음극, 분리막, 그리고 전해질을 조합하여 배터리 셀을 만드는 과정으로, 전극을 정해진 크기로 절단한 후 와인딩(Winding) 방식이나 스태킹(Stacking) 방식으로 조립하며, 이후 이를 다양한 형태(파우치형, 각형, 원통형)로 패키징합니다. 패키징된 셀 내부에 전해질을 주입하여 양극과 음극 사이의 이온 이동을 가능하게 하고, 셀을 밀봉한 후 내부의 불필요한 가스를 제거하여 안정성을 높입니다. 이러한 과정을 거쳐 조립된 배터리 셀은 이후 충방전 형성 과정을 통해 초기 성능을 결정하게 됩니다.
 
 

4. 충방전 형성, 화성공정 (Formation)

충방전 형성 단계에서는 처음으로 배터리에 전기를 공급하여 활성화하는 과정이 진행됩니다. 이 단계에서 배터리를 일정 시간 충전 및 방전하면서 내부 화학 반응을 안정화하고, 성능을 최적화합니다. 형성 단계는 배터리의 초기 특성을 결정짓는 중요한 과정으로, 배터리가 실제 사용 중에 얼마나 안정적으로 동작할지를 확인합니다.
 
 

5. 검사 및 품질 관리

마지막으로, 제조된 배터리는 엄격한 품질 검사 과정을 거칩니다. 전압, 용량, 내부 저항 등을 측정하여 설계 기준에 부합하는지 확인합니다. 또한, 각 배터리가 안전 기준을 충족하는지 철저히 점검하여 소비자에게 안전한 제품이 전달되도록 합니다.
 
 

결론

배터리 제조는 단순히 화학 물질을 조합하는 것을 넘어, 고도의 정밀한 과정이 반복되는 복합적인 공정입니다. 원료 준비에서 시작하여 전극 제조, 셀 조립, 충방전 형성, 품질 관리까지 각 단계는 배터리의 성능과 안정성을 좌우하는 중요한 역할을 합니다. 이번 글을 통해 배터리가 만들어지는 과정을 이해하고, 배터리 기술이 얼마나 정교한 과정을 거치는지 알 수 있었기를 바랍니다.