2차전지의 개발 과정

이차전지 개발 프로세스에는 연구, 설계, 테스트, 제조 등 다양한 단계가 포함됩니다.

각 단계에 대한 상세한 설명을 다음과 같습니다.

 

출처 : SK이노베이션, "리튬이온 2차전지 핵심소재 세계1위 도전!", < SKinno News> , 2016.04.29.

1. 연구개발에 대해서입니다.

• 화학 탐구입니다: 연구자는 높은 에너지 밀도, 긴 사이클 수명, 안전성 등의 바람직한 특성을 나타내는 잠재적인 배터리 화학물질을 식별하기 위해 다양한 화학 조성물과 재료를 조사 및 조사합니다.
• 전극과 전해질 개발: 전극(양극과 음극)과 전해질 개발은 중요한 측면입니다. 연구자들은 최적의 성능과 안정성을 확보하고 효율적으로 이온을 저장하고 방출할 수 있는 적절한 물질을 찾는 데 초점을 맞추고 있습니다.
• 셀 설정을 실시합니다: 연구자는 전극, 세퍼레이터, 집전체 배치 등 최적의 세포 설계 결정에 임하고 있습니다. 여기에는 셀 전압, 용량, 열 관리 등의 요소를 고려해야 합니다.

2. 설계 및 프로토타입 작성을 합니다.

• 셀 설계입니다: 엔지니어는 컴퓨터 지원 설계(CAD) 도구를 사용하여 크기, 형상, 내부 구조 등의 요소를 고려하여 배터리 셀의 상세한 설계를 작성합니다. 이 절차에서는 전극, 세퍼레이터 및 전해질의 최적 배치를 결정합니다.
• 시제품 제조: 설계에 따라 배터리 셀 시제품은 실험실 또는 파일럿 스케일의 생산 시설에서 제조되고 있습니다. 이러한 프로토타입은 배터리 설계의 성능, 효율 및 안전성 평가에 도움이 됩니다.

3. 테스트 및 최적화를 수행합니다.

• 퍼포먼스 테스트: 프로토타입은 에너지 밀도, 사이클 수명, 충방전 효율, 자기 방전율, 전압 안정성 및 안전성을 평가하기 위한 엄격한 테스트를 받습니다. 이 절차에서는 용량 테스트, 임피던스 분석, 온도 사이클 등 다양한 테스트를 수행합니다.
• 최적화: 테스트 결과를 바탕으로 엔지니어는 배터리 설계와 화학을 개량하고 성능을 향상하며 모든 단점에 대처하며 에너지 밀도, 사이클 수명, 안전성 및 비용 균형을 최적화합니다.

4. 스케일업 및 제조를 합니다.

• 파일럿 규모의 생산은 다음과 같습니다: 최적화된 배터리 설계가 완료되면 프로세스는 파일럿 스케일의 생산으로 이행됩니다. 파일럿 설비는 제조 프로세스를 대규모로 복제하고 테스트와 검증을 더욱 진행하기 위해 한정된 수의 배터리를 생산합니다.
• 제조 프로세스 개발: 엔지니어는 전극 제조, 셀 어셈블리, 전해액 충전 및 씰을 포함한 제조 프로세스를 개선합니다. 일관된 배터리 성능과 신뢰성을 확보하기 위해 품질 관리 대책이 실시되고 있습니다.
• 대량생산입니다: 검증된 제조 프로세스를 통해 생산은 대량생산 수준까지 확대됩니다. 2차 전지를 대량으로 제조하기 위한 대규모 생산 설비가 설치되어 있어 시장의 수요에 대응하고 있습니다.

5. 품질관리 및 인증을 수행합니다.

• 품질 보증을 실시합니다: 일관성과 신뢰성을 확보하기 위해 제조 프로세스 전체에서 엄격한 품질 관리 조치가 실시되고 있습니다. 여기에는 원료 테스트, 제조 프로세스 파라미터 모니터링, 완성된 배터리 품질 점검 실시 등이 포함됩니다.
• 인정: 배터리 제조업체는 안전성, 성능 및 환경 기준 준수 여부를 검증하기 위해 규제 기관에 인증을 요청할 수 있습니다. UL(Underwriters Laboratories), IEC(International Electrotechnical Commission), ISO(International Organization for Standardization) 등의 인정은 배터리의 안전성과 품질에 관한 일반적인 벤치마크입니다.

 

6. 지속적인 개선과 혁신을 수행합니다.

• 피드백과 반복: 제조업체는 고객의 피드백, 필드 테스트 및 조사를 수집하여 개선해야 할 점을 특정합니다. 이 피드백은 배터리의 성능, 효율 및 안전성을 향상하기 위한 추가 연구 개발 노력을 가이드하는 데 도움이 됩니다.
• 혁신: 배터리 제조업체는 새로운 재료, 셀 설계 및 제조 기술을 탐구하기 위해 지속적인 연구 개발에 투자합니다. 이를 통해 혁신성이 향상되고 신세대 이차전지 도입이 촉진됩니다.

 

이차 전지의 개발 프로세스는 연구, 설계, 테스트, 제조의 지속적이고 반복적인 사이클입니다. 연구자, 엔지니어, 제조업체 간 협력을 통해 휴대용 전자기기부터 전기차, 재생에너지 저장장치까지 다양한 애플리케이션의 지속적인 진화 요구에 대응하는 배터리를 만듭니다.