2차 전지 스태킹(Stacking) 공정의 이해

2차 전지 스태킹(Stacking) 공정의 이해

📌 1. 스태킹(Stacking) 공정이란?

스태킹 공정은 **파우치형 2차 전지 제조에서 양극, 음극, 분리막을 순차적으로 적층(Stacking)**하여 셀(Cell)을 구성하는 핵심 단계입니다.
배터리의 성능, 수명, 안정성을 좌우하는 만큼 고정밀 고속 생산 기술이 요구됩니다.

✅ 목적

• 정밀한 위치 정렬(Alignment)
• 이물/결함 없이 고속 적층
• 전기적 안정성과 일관된 용량 확보

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⚙️ 2. 왜 스태킹인가?

파우치형 배터리 셀은 내부 공간을 효율적으로 활용하기 위해 "적층형 구조"를 채택합니다.
기존 원통형의 권취 방식(Winding)에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다:

항목권취(Winding)스태킹(Stacking)

구조	말아서 감음	종이처럼 겹침
장점	생산성 우수	열방산/공간 효율 우수
단점	열 축적, 불균일	정밀한 설비 필요
적용	원통형, 각형 셀	파우치형 셀

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🧱 3. 스태킹 공정의 순서

스태킹 공정은 보통 다음과 같은 순서로 이루어집니다:

1. 전극 공급 (Feeding)
   • 양극/음극 시트를 롤 또는 개별 시트 형태로 공급
2. 분리막 절단 (Separator Cutting)
   • 분리막은 전극보다 커야 하므로 정밀 절단 필요
   • 일반적으로 1장씩 공급 또는 연속 공급 + 커팅
3. 정렬 및 적층 (Alignment & Stacking)
   • 양극 → 분리막 → 음극 → 분리막 순으로 반복
   • 고속 정렬 시스템 또는 비전 시스템으로 정밀 제어
4. 프레싱 및 고정 (Pressing)
   • 적층된 셀을 일시적으로 압착하여 구조 유지
5. 이송 및 다음 공정 연결 (Transfer)
   • 적층된 셀을 용접 or 포장 공정으로 이송

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🛠️ 4. 스태킹 방식의 종류

스태킹 방식은 크게 Z-folding 방식과 Lamination(시트 적층) 방식으로 구분됩니다.

✅ Z-folding 방식

• 분리막은 연속 시트 형태
• 전극을 하나씩 삽입하면서 분리막을 지그재그(Z) 형태로 접음
• 속도 빠르고 자동화에 유리

✅ 시트 적층 방식 (Sheet-to-Sheet)

• 양극/음극/분리막 모두 개별 시트 형태
• 각각 잘라서 한 장씩 정렬 및 적층
• 고정밀 위치 제어 가능, ESS용 등 고정밀 셀에 활용

구분Z-folding시트 적층

구조	연속 분리막 사용	개별 시트 적층
속도	빠름	느림
정밀도	중간	매우 높음
적용	EV 파우치 셀	ESS, 고신뢰 셀 등

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🧠 5. 기술 포인트 및 정밀 제어 요소

스태킹 공정은 다음과 같은 고급 제어가 요구됩니다:

1️⃣ 위치 정렬 정밀도

• X, Y, θ 방향의 미세 정렬 필요
• 비전 시스템 또는 마크 인식 센서 사용

2️⃣ 전극 및 분리막 장력 제어

• 과도한 장력 → 재료 손상
• 낮은 장력 → 적층 위치 불량

3️⃣ 고속 + 저진동 메커니즘

• 빠르게 움직이되 위치 흔들림이 없어야 함
• 리니어 모터, 서보 컨트롤러, 진동 감쇠 설계 중요

4️⃣ 이물 및 정전기 제어

• 이물 발생 시 전지 폭발 위험 → 클린룸 환경 필요
• 정전기 방지 설비(EPA, 이온 블로어 등) 필수

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🧪 6. 주요 불량 사례

불량 유형원인영향

적층 오프셋	전극 위치 불일치	셀 수명 단축, 단락 위험
분리막 주름	분리막 장력 불량	내부 단락
이물 혼입	정전기, 먼지	폭발, 성능 저하
스태킹 누락	전극 공급 오류	셀 전압 부족

👉 고속 자동화 vs 정밀 정렬의 균형이 가장 큰 과제입니다.

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🔍 7. 스태킹 장비의 핵심 구성 요소

1. 전극 공급 유닛: 전극 시트를 정확히 공급
2. 분리막 공급 및 절단 유닛
3. 적층 유닛: Z-fold 모듈 또는 시트 피킹 모듈
4. 비전 정렬 시스템: 마크 인식 및 피드백 제어
5. 프레스/클램프 유닛: 적층 고정
6. 이송 컨베이어: 후속 공정으로 이송

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🔋 8. 최신 기술 트렌드

• AI 기반 정렬 제어: 이미지 분석으로 오프셋 예측 및 보정
• 리니어 모터 적용 확대: 속도 향상 + 미세 제어 용이
• 초소형 셀 대응 기술: 소형 기기용 셀 정밀 적층 기술 개발
• 이중 로봇 암: 전극/분리막 동시에 픽&플레이스

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✅ 마무리 요약

• 스태킹 공정은 파우치형 셀 생산의 핵심
• Z-folding과 시트 적층 방식이 존재
• 위치 정렬, 이물 방지, 장력 제어 등이 기술 핵심
• 불량 발생 시 수율과 안전성에 큰 영향
• AI, 비전, 고정밀 모션 기술이 핵심 트렌드