리튬 이온 배터리는 현대 에너지 저장 기술의 중추로 자리매김하며, 소비자 가전부터 전기차, 대규모 전력망 시스템에 이르기까지 모든 것을 구동합니다. 생산 규모와 성능 기대치가 높아짐에 따라 각 셀의 안전성, 일관성, 신뢰성을 보장하는 일은 그 어느 때보다 중요해졌습니다.
모든 리튬 이온 배터리의 핵심에는 정밀한 재료 특성과 제조 공차로 설계된 네 가지 기본 구성 요소가 있습니다:
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캐소드(양극): 일반적으로 리튬 코발트 산화물(LCO)이나 리튬 인산철(LFP)과 같은 리튬 금속 산화물로 구성되며, 알루미늄 포일에 코팅됩니다.
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애노드(음극): 일반적으로 구리 포일에 코팅된 흑연으로 만들어집니다.
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분리막: 전극 간의 물리적 접촉을 방지하면서 이온의 효율적인 이동을 가능하게 하도록 설계된 얇고 다공성인 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 막입니다.
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전해질: 충전 및 방전 주기 동안 이온 이동을 촉진하는 리튬 염 기반 액체 또는 겔.
리튬 이온 전지의 성능과 안전성은 이러한 구성 요소의 품질과 균일성에 크게 좌우됩니다. 미세한 핀홀, 코팅 불균일, 정렬 불량 또는 필름 결함과 같은 사소한 편차조차도 사이클 수명에 영향을 미치거나 내부 저항을 증가시키거나 치명적인 고장을 초래할 수 있습니다.
이러한 이유로 검사 및 품질 관리는 배터리 제조의 모든 단계에 필수적입니다. 원자재부터 완제품 전극에 이르기까지 제조사는 치수 정확도, 표면 무결성, 재료 분포, 전반적인 구조적 일관성을 검증해야 합니다.
이러한 맥락에서 안전성과 생산 수율 모두에 중대한 영향을 미치는 네 가지 영역이 두드러집니다:
분리막 생산, 코팅, 캘린더링 및 슬리팅, 전극 슬리팅입니다.
1. 배터리 분리막 생산
배터리 분리막은 양극과 음극 사이의 장벽 역할을 하면서 리튬 이온 이동을 가능하게 하는 핵심 안전 부품입니다. 이러한 막의 생산은 기계적 안정성, 내열성 및 기공 균일성을 보장하기 위해 엄격히 통제된 공정을 거치며, 이는 모두 셀 성능과 안전에 필수적입니다.
검사 요건:
기판 필름 결함: 핀홀(즉시 보고), 얇은 부분 또는 밝은 반점, 검은 반점, 주름, 주기적 패턴 결함 등을 포함합니다.
• 코팅 후 외관 결함 및 분류/등급 평가
주요 모니터링 결함
분리막 결함은 셀 전체 성능을 저하시킬 수 있습니다. 주요 검사 항목은 다음과 같습니다:
- 핀홀: 내부 단락을 유발할 수 있는 미세 구멍.
- 얇은 부분: 두께가 감소된 영역으로 구조적 무결성을 약화시킵니다.
- 흰 반점: 불량한 재료 분산 또는 오염의 지표입
2. 코팅
코팅 공정은 배터리 성능의 핵심으로, 전극 집전체에 활성 물질을 고정밀도로 도포하는 과정입니다. 최적의 전기화학적 기능을 보장하기 위해 두께, 균일성 및 정렬을 엄격히 제어해야 합니다.
검사 요구사항:
- 치수 측정 항목: 코팅 폭, 세라믹 층 폭, 포일 영역 폭, 정렬 정확도, 가상 가장자리 위치.
- 표면 결함 검사 및 유형별 분류/등급 지정: 포일 누락, 기포, 구멍, 건조 균열, 주름, 스크래치, 함몰(코팅 및 포일 영역 모두), 입자, 오븐 자국, 들쭉날쭉하거나 고르지 않은 세라믹, 세라믹 혼합 불일치, 검은 자국, 돌출부 등.
3. 캘린더링 및 슬리팅
코팅된 전극을 균일한 두께로 압축한 후 정밀한 폭으로 절단하여 셀 조립을 준비하는 공정입니다. 이는 재료 밀도를 향상시키고, 전기화학적 성능을 증대시키며, 최종 배터리 셀 내에서의 적절한 장착 및 정렬을 보장합니다.
검사 요구사항:
- 슬리팅 후 최종 전극 폭 및 중간 포일 폭의 치수 측정.
외관 결함 감지 및 분류: 신축성 불량, 포일 누출, 기포 및 피트, 건조 균열, 주름, 스크래치, 함몰(코팅 영역 및 포일 영역), 입자, 분말 손실 등.
4. 전극 슬리팅
전극 슬리팅은 대형 코팅 전극 롤을 필요한 셀 치수에 맞게 정밀하게 좁은 스트립으로 절단하는 배터리 제조의 핵심 공정입니다. 이 공정은 셀 성능을 유지하고 후속 공정에서의 결함을 방지하기 위해 깨끗하고 균일한 가장자리와 일관된 폭을 보장해야 합니다.
검사 요구사항:
- 슬리팅 후 소재 폭 측정, 슬리팅 후 중간 포일 소재 폭 측정.
- 외관 결함 검출 및 분류: 신축성 불량, 포일 누출, 기포 및 피트, 건조 균열, 주름, 스크래치, 함몰(코팅 영역 및 포일 영역), 입자, 분말 손실 등.
카메라 솔루션 및 이점
리튬 이온 배터리 제조 공정에서 분리막 검사, 코팅 검사, 전극 슬리팅과 같은 공정들은 안전성과 성능 모두에 영향을 미치는 중대한 결함을 감지하기 위해 고해상도와 고감도의 조합이 필요합니다. 핀홀, 얇은 부분, 포일 주름 또는 코팅 정렬 불량과 같은 결함은 현미경 수준일 수 있으며(때로는 수십 마이크론에 불과함) 제때 발견되지 않으면 중대한 후속 문제를 초래할 수 있습니다.
JAI의 새로운 SW-8001M-MCL(8k) 및 SW-16001M-MCL(16k) 카메라는 이러한 과제에 완벽하게 부합합니다. 넓은 웹 폭에서 픽셀당 10μm 미만의 검사가 가능한 해상도로, 처리량 저하 없이 가장 미세한 표면 및 치수 결함까지 정확히 검출합니다. 듀얼 라인 TDI 아키텍처는 고속 라인 스캔 이미징 시 신호 포착을 향상시켜, 노출 시간을 짧게 유지하면서도 특히 흑연 및 세라믹 층에서 흔히 발생하는 저대비 또는 어두운 코팅 재료의 미세한 문제까지 드러냅니다.
이러한 소재 다수가 빛을 흡수하는 특성을 지니고, 시스템이 종종 마이크로초 단위의 노출 시간만 가능한 속도로 작동하기 때문에, TDI 작동으로 인한 추가 감도는 조명 부하를 줄여줍니다. 이는 낮은 광도 수준에서도 더 일관된 이미징 성능을 가능하게 하며, 열 축적을 줄이고 에너지 사용을 절감합니다. 이는 특히 분리막이나 코팅 포일과 같은 열에 민감한 층을 검사할 때 중요합니다.
SW-8001M-MCL과 SW-16001M-MCL은 검사 시스템 구축업체에게 더 적은 카메라로 엄격한 해상도 및 감도 요구사항을 충족할 수 있는 유연성을 제공하여, 고속·대량 배터리 생산 환경에서 시스템 설계를 단순화하면서도 결함 검출률과 수율을 향상시킵니다.
