실제 2차 전지 스태킹 장비 구성 및 유닛 설계 사례

14. 실제 2차 전지 스태킹 장비 구성 및 유닛 설계 사례

2차 전지 스태킹(Stacking) 장비는 다양한 정밀 공정 유닛으로 구성되어 있으며, 각 유닛은 배터리의 품질과 생산성을 결정짓는 핵심 기술 요소입니다. 본 글에서는 최신 스태킹 장비의 구성 요소를 유닛(Unit) 단위로 나누어 실제 설계 사례와 함께 상세히 설명합니다.

1) 장비 전체 구성 개요

일반적인 스태킹 장비는 다음과 같은 주요 유닛으로 구성됩니다.

• 전극 공급 유닛 (Electrode Feeder)
• 노칭 및 릴컷 유닛 (Notching & Reel Cutting)
• 분리막 공급 유닛 (Separator Unwinder)
• 적층 유닛 (Stacking / Z-fold Unit)
• 스택 정렬 및 프레싱 유닛 (Stack Alignment & Pressing)
• 젤리롤 이송 및 배출 유닛 (Jelly-roll Transfer)

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2) 전극 공급 유닛 설계 사례

• 기능: 양극/음극 시트 자동 공급 및 흡착 준비
• 설계 포인트:
  • 진공 흡착 패드 배열 최적화 → 전극 변형 최소화
  • 서보 모터 기반 X-Y-Z 위치 보정 → 위치 오차 ±0.1mm 이하
  • 흡착 암 고속 이송 시 진동 억제용 감쇠 장치 적용
• 실제 적용 사례: 다축 로봇 + 비전 카메라 연동으로 전극 위치 자동 보정

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3) 노칭 및 릴컷 유닛 설계 사례

• 기능: 전극 시트를 특정 형상으로 펀칭 및 재단
• 설계 포인트:
  • 정밀 금형 정렬 구조 → ±0.02mm 정밀도 유지
  • 금형 냉각 시스템 적용 → 열 팽창 방지
  • 펀칭 압력 모니터링 센서 부착 → 금형 수명 예측 가능
• 실제 적용 사례: 롤투롤 라인과 연동된 오토 노칭 시스템 도입

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4) 분리막 공급 유닛 설계 사례

• 기능: 일정한 장력으로 분리막을 공급하며 주름 없이 정렬
• 설계 포인트:
  • 웹 가이드 시스템(Web Guiding) → 라인 편차 ±0.3mm 유지
  • 장력 센서 + PID 제어 → 장력 유지 ±2% 이내
  • 정전기 제거 장치(Electrostatic eliminator) 내장
• 실제 적용 사례: 이중 롤러로 전·후 장력 제어 + 자동 보정 알고리즘 탑재

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5) 스태킹 유닛 설계 사례 (Z-Folding 중심)

• 기능: 전극과 분리막을 교차 적층하여 셀 구조 형성
• 설계 포인트:
  • 흡착 헤드 다관절 설계 → 고속 Z-fold 구현 (최대 1.2m/s)
  • 흡착 압력 정밀 제어 (±3kPa 이내)
  • 스태킹 순서 자동 추적 알고리즘 + 고속 PLC 연동
• 실제 적용 사례: 3헤드 Z-fold 구조 → Takt Time 0.6초/EA 실현

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6) 프레싱 및 정렬 유닛 설계 사례

• 기능: 적층된 셀의 정렬과 밀착을 통해 셀 두께 및 품질 확보
• 설계 포인트:
  • 프레싱 압력 분포 균일화 설계 (±5% 이내)
  • 3D 프로파일 센서로 정렬 보정 피드백 적용
  • 온도 가열 프레싱 + 냉각구간 동시 적용
• 실제 적용 사례: AI 기반 위치 보정 후, 이중 실린더로 미세 프레싱 실행

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7) 젤리롤 이송 및 배출 유닛 설계 사례

• 기능: 적층 완료된 셀을 다음 공정으로 이송
• 설계 포인트:
  • 진공 그리퍼 자동 대응 → 다양한 셀 사이즈 대응
  • 이송 중 충격 흡수 패드 + 저진동 설계 적용
  • 라인간 Buffer 조정 알고리즘 구현 → 충돌 방지
• 실제 적용 사례: 무인 AGV 연동 자동 배출 및 적재

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15. 유닛 통합 제어 시스템

각 유닛은 단독으로 동작하지 않으며, MES 및 PLC 기반 통합 제어 시스템과 실시간 연동되어야 합니다. 최신 장비에서는 다음과 같은 통합 전략이 적용되고 있습니다:

• 모듈별 센서 데이터 실시간 수집 및 대시보드화
• AI 비전 검사 결과에 따른 공정 파라미터 자동 조정
• 각 유닛 상태 모니터링 → 예지 보전 시스템 연동
• 스택 공정 전체 트레이스 가능 (Traceability 확보)

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16. 결론

2차 전지 스태킹 장비의 고도화는 유닛 단위 설계의 정밀성과 제어 시스템의 지능화가 핵심입니다. 고속 생산과 품질 안정성을 동시에 만족시키기 위해서는 흡착, 절단, 이송, 정렬, 프레싱 등 각 요소 기술이 유기적으로 연동되어야 하며, 이는 장비 개발사의 엔지니어링 역량에 따라 차별화됩니다.

차세대 스태킹 장비는 AI 기반 예지보전, 자율 보정 시스템, 유연한 셀 사이즈 대응 등으로 진화하고 있으며, 이러한 설계 사례들을 벤치마킹함으로써 귀사의 배터리 제조 경쟁력을 높일 수 있습니다.