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전기자동차 리튬이온 배터리 제조공정에서 Loading Level 산포최소화 코팅을 통한 전극 품질개선에 관한 연구
Development of Slurry Flow Control and Slot Die Optimization Process for Manufacturing Improved Electrodes in Production of Lithium-ion Battery for Electric Vehicles 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.3, 2018년, pp.14 - 20  

장찬희 (아주대학교 시스템공학과) ,  이재천 (아주대학교 시스템공학과)

초록
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전기자동차는 가솔린 자동차와는 달리 배출가스가 없어 친환경 차량을 대표하지만, 장착된 축전지에 충전된 전기로 구동되기 때문에, 1회 충전으로 갈 수 있는 거리가 전지의 에너지 밀도에 의해 좌우된다. 따라서 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이온 전지가 전기자동차용 전지로 유력한 후보이다. 리튬이온 전지의 효율을 지배하는 중요한 구성품은 전극이므로 전극 제조공정은 리튬이온 전지 전체 생산 공정에서 중요한 역할을 한다. 특히 전극의 제조 공정 중 코팅 공정은 성능에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 공정이다. 본 논문에서는 전극 제조에서 코팅 공법의 효율성 및 생산성 증대를 위한 혁신적인 공정을 제안하고, 장비 설계 방법 및 개발 결과에 대하여 기술하였다. 구체적으로, 극판 핵심 코팅 품질 25% Upgrade 기술, 제품 고출력/고용량화 에 따른 조립 마진 감소 대응 가능 기술, 그리고 제품 용량 품질 및 조립 공정 수율 향상 기술들에 대한 설계 절차 및 개발방법을 제시하였다. 결과로 리튬이온 배터리의 셀의 제품 수명 개선 효과를 확보 하였다. 기존의 코팅 공정과 비교할 때 양극 용량 유지 위해 Target Loading Level 유지, 산포를 향상시켰다(${\pm}0.4{\rightarrow}{\pm}0.3mg/cm^2r$감소).

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Electric vehicles are environmentally friendly because they emit no exhaust gas, unlike gasoline automobiles. However, since they are driven by the electric power from batteries, the distance they can travel based on a single charge depends on their energy density. Therefore, the lithium-ion battery...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존 리튬이온 배터리 코팅 공법에서 리튬이온 배터리 Loading Level 산포를 개선시키고자 한다.
  • 둘째, 슬러리 유량제어 알고리즘 개선하여 슬러리정량공급으로 유량 편차 최소화 하는 것이다. 마지막으로 슬러리 맞춤형 슬롯다이 개발로 Die 내압을 균일화하고 폭 방향 산포 향상 기술을 확보하는 것이 목표라고 할 수 있다. 이를 Fig.
  • 본 논문의 연구 목표는 크게 3가지로 분류된다. 배압밸브의 배압 Feedback 제어 공법을 확보하여 Data Base 기반 배압 조절로 Start 산포 최소화기술을 확보하는 것이다. 둘째, 슬러리 유량제어 알고리즘 개선하여 슬러리정량공급으로 유량 편차 최소화 하는 것이다.
  • 본 논문의 구성은 다음과 같다. 서론에서는 본 연구의 사회, 기술 및 연구 동향과 필요성을 제시하였고, 본론에서는 자동차 리튬이온 배터리 코팅 공법의 효율성 및 생산성 증대를 위한 핵심 개선 기술의 개선에 대해서 기술하였다. 극판 핵심 코팅 품질 25% Upgrade 기술, 제품 고출력/ 고 용량화에 따른 조립 마진 감소 대응 기술, 제품 용량 품질 및 조립 공정 수율 향상 기술들에 대한 설계 절차 및 개발 방법을 시스템공학기반으로 접근한 활동들을 명시한다.
  • 극판 핵심 코팅 품질 25% Upgrade 기술, 제품 고출력/ 고 용량화에 따른 조립 마진 감소 대응 기술, 제품 용량 품질 및 조립 공정 수율 향상 기술들에 대한 설계 절차 및 개발 방법을 시스템공학기반으로 접근한 활동들을 명시한다. 이를 기반으로 실제 자동차 리튬이온배터리 코팅 공법을 양산에 적용시킨 실례를 기술하였다. 마지막으로 본 논문의 결과를 정리 및 요약하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
리튬이온전지의 장점은? 리튬이온전지는 높은 에너지 밀도, 고출력, 우수한 저온 특성 및 높은 이론 전압 등의 장점을 가지고 있기 때문에 전기자동차의 가장 유력한 동력원 중 하나이다. 리튬이온전지의 높은 에너지 밀도는 높은 이론 전압에서 기인된 것이다.
리튬이온 전지의 효율을 지배하는 중요한 구성품은 무엇인가? 따라서 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이온 전지가 전기자동차용 전지로 유력한 후보이다. 리튬이온 전지의 효율을 지배하는 중요한 구성품은 전극이므로 전극 제조공정은 리튬이온 전지 전체 생산 공정에서 중요한 역할을 한다. 특히 전극의 제조 공정 중 코팅 공정은 성능에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 공정이다.
높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이온 전지가 전기자동차용 전지로 유력한 이유는? 전기자동차는 가솔린 자동차와는 달리 배출가스가 없어 친환경 차량을 대표하지만, 장착된 축전지에 충전된 전기로 구동되기 때문에, 1회 충전으로 갈 수 있는 거리가 전지의 에너지 밀도에 의해 좌우된다. 따라서 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이온 전지가 전기자동차용 전지로 유력한 후보이다.
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참고문헌 (9)

  1. Business Information Research, Actual condition and prospect of eco-friendly electric vehicle market, Business Information Rdsearch, 2009, pp. 19-42. 

  2. Zempachi Ogumi, LITHIUM SECONDARY BATTERIES, HONGRLING PUBLISH COMPANY, 2010, pp. 4-53. 

  3. Simon, P. and Gogotsi, Y, "Materials for electrochemical capacitors," Nature materials, vol. 7(11), pp. 845-854, 2008. DOI: https://doi.org/10.1038/nmat2297 

  4. Park, J.G., Principles and Applications of lithium Secondary Batteries, Hong-Reung Science Press, 2014. pp. 428. 

  5. Dong-Ju Lim, Battery Technology Symposium, The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry 2000) 

  6. W.A. Schalkwijk, B. Scrosati, Advances in Lithium-Ion Batteries, Kluwer Acadmic, New York(2002) DOI: https://doi.org/10.1007/b113788 

  7. Young-Sik Hong, Next-generation secondary battery application technology, Korea Industrial Technology Support Center (2006) 

  8. Sung-su Kim, Mobile Device Battery Industry Trend Analysis Seminar etnnew(2008) 

  9. Myung-Huan Kim, Energy Conversion Chemical Material Symposium, Korea Research Institute Of Chemical Technology(2008) 

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