스태킹 공정 중 발생 가능한 문제와 해결 사례

2차 전지의 스태킹(Stacking) 공정은 정밀성과 반복성이 요구되는 핵심 공정입니다. 하지만 다양한 요소로 인해 공정 문제는 빈번하게 발생하며, 이를 방치할 경우 셀 품질 저하 및 생산 수율에 큰 영향을 줍니다. 아래는 실제 현장에서 빈번히 발생하는 문제 유형과 이에 대한 해결 사례를 기술적으로 정리한 내용입니다.

① 전극 정렬 불량

• 문제 원인: 전극 공급 모듈의 흡착 위치 오차, 전극 컷팅 편차, 전극 가장자리 휘어짐(웨이브 현상)
• 영향: 셀 내부 단락 위험 증가, 용량 불균형, 셀 불량률 상승
• 해결 사례:
  • AI 기반 비전 시스템 도입 → 전극의 정렬 상태 실시간 측정 및 흡착 위치 자동 보정
  • 양면 흡착 흡착기(dual picker)로 전극 처짐 방지
  • 정렬 후 고정용 정전기 제거 장치(Electrostatic eliminator) 도입

② 분리막 주름 및 늘어짐

• 문제 원인: 분리막 장력 제어 실패, 롤 공정 중 롤 오프셋 발생
• 영향: 내부 단락 위험, 스태킹 두께 불균형
• 해결 사례:
  • 분리막 장력 센서 + 클로즈 루프 장력 제어 시스템 구성
  • 피드롤러 위치 보정 알고리즘 도입 → 롤 트래킹 정확도 향상
  • 프리롤(pre-roll) 구간에 자동 유도장치 도입 (Web Guiding System)

③ 스택 두께 편차

• 문제 원인: 적층 오차 누적, 전극 및 분리막의 두께 편차, 프레싱 불균일
• 영향: 셀 셋업 후 내부 공간 불균형, 압축 응력 문제
• 해결 사례:
  • 레이저 거리 측정 센서로 스택 두께 실시간 측정 → 허용 편차 초과 시 경고 및 자동 중지
  • 프레싱 시 다이나믹 압력 분포 센서 적용
  • 적층 후 상면 3D 프로파일링 검사로 수율 추적

④ 정전기 문제로 인한 전극 손상

• 문제 원인: 마찰 전기 축적 → 전극 흡착 시 스파크 발생
• 영향: 전극 표면 손상, 알루미늄/구리 박막 박리
• 해결 사례:
  • 스태킹 구간 전용 이온 블로워 설치로 정전기 중화
  • 정전기 방지 흡착 패드 및 절연 재질 흡착 노즐 채택
  • ESD 모니터링 시스템 적용 → 정전기 발생 시 알람

⑤ 장비 내 이물질로 인한 결함

• 문제 원인: 흡착 패드 오염, 분리막 공급 라인에 파편 존재
• 영향: 전극 손상, 셀 단락 유발
• 해결 사례:
  • HEPA 필터가 적용된 양압 챔버 환경 조성
  • 흡착 패드 자동 세척 장치 도입
  • AI 비전으로 이물 감지 시 적층 중단 및 자가 청소 알고리즘 실행

⑥ 고속 스태킹 시 진동 발생

• 문제 원인: 고속 가속·감속 시 흡착 암 흔들림, 슬라이더/벨트 진동
• 영향: 정렬 정밀도 저하, 적층 오차 확대
• 해결 사례:
  • 리니어 모터 기반 저진동 구동 시스템 교체
  • 흡착 모듈에 감쇠 패드 및 서보 제어 시스템 적용
  • 동역학 기반 모션 프로파일 최적화 → Jerk 최소화

12. 문제 대응 프로세스 수립 예시

스태킹 공정의 품질 문제는 단순한 공정 변경이 아닌, 사전 예측과 실시간 피드백 체계를 갖춘 자동화 전략이 핵심입니다.

1. 1단계: 주요 불량 유형 및 발생 빈도 통계화 (QMS 연동)
2. 2단계: 원인별 센서, 비전 데이터 수집 → AI 기반 패턴 분석
3. 3단계: 공정 파라미터 자동 보정 알고리즘 적용
4. 4단계: 유사 이상 발생 시 사전 알람 및 장비 중지

13. 마무리

2차 전지 스태킹 공정에서의 문제 해결은 단순 수리 대응을 넘어, 설비 구조와 제어 알고리즘, 그리고 데이터를 활용한 AI/자동화 기술의 접목이 필수입니다. 스마트 제조를 실현하기 위해서는 문제 발생 전 예측 → 실시간 보정 → 데이터 기반 개선이라는 선순환 체계를 구축하는 것이 향후 배터리 제조 경쟁에서 가장 큰 차별화 요소가 될 것입니다.