2차 전지 스태킹 공정 기술 상세 이해

 

 

2차 전지 제조 공정에서 스태킹(Stacking)은 양극, 음극, 분리막을 정밀하게 적층하여 하나의 셀을 형성하는 핵심 기술입니다. 본 글에서는 Z-folding과 시트 스태킹 방식, 주요 기술 구성 요소, 장비 구성, 불량 사례 및 최신 기술 트렌드까지 상세히 소개합니다.

스태킹 공정 기술의 정의

스태킹은 2차 전지의 양극(AE), 음극(CE), 분리막(Separator)을 일정한 순서로 정밀하게 적층하는 과정입니다. 셀의 안정성, 수명, 에너지 밀도에 직접적인 영향을 주며, 정밀도와 반복 정합성이 핵심입니다.

스태킹 방식의 기술 분류

Z-Folding 방식

• 개요: 연속된 분리막을 Z자 형태로 접으며 전극을 교대로 삽입
• 장점: 고속 생산, 분리막 연속 공급으로 장비 간소화
• 기술 포인트: Z-fold tension 제어, 타이밍 동기화, 주름 방지

시트 적층(Sheet Stacking) 방식

• 개요: AE → 분리막 → CE → 분리막 순으로 한 장씩 적층
• 장점: 고정밀 적층 가능, 고신뢰 셀 제작에 적합
• 기술 포인트: 위치 보정, 진공 흡착 헤드의 반복 정밀도 확보

주요 기술 구성 요소

• 전극 정렬: 비전 마킹, 서보 제어, ±50μm 이내 정렬
• 픽 앤 플레이스: 진공 흡착, XY 스테이지 또는 로봇 암 기반 고속 이송
• 분리막 제어: 장력 센서, 정전기 제거, 커팅 정밀도 확보

장비 구성 기술 세부

모듈	기술 요소	설명
전극 자동 공급	장력 센서, 탈정전	정전기 방지 및 고속 이송
분리막 커팅	플라잉 나이프 또는 롤 커터	분리막 손상 없이 절단
정렬 시스템	비전 + 스테이지	위치 오차 자동 보정
스태킹 유닛	리니어 모터, 진공 헤드	±0.1mm 이내 고정밀 적층
프레스 유닛	정압 유압 또는 서보	스택 압착 후 이송

기술 난이도 및 불량 요소

항목	난이도	가능한 불량
정렬 정밀도	매우 높음	전극 어긋남 → 단락
장력 제어	높음	주름, 늘어짐, 비정렬
이송 반복성	높음	누락, 픽업 실패

불량 사례 예시

• Offset Stacking: 전극 정렬 오차 누적
• Void Stack: 전극 누락 발생
• Over Compression: 스택 압착 과다로 셀 형상 손상

최신 스태킹 기술 트렌드

• AI 기반 비전 제어: 마킹 인식 정밀도 향상
• 이중 암 시스템: 양극/음극 동시 이송
• 리니어 모터 X-Y 스테이지: 고속 고정밀 구현
• 정전기 모니터링: 이물 유입 및 방전 방지

주요 스펙 예시

항목	스펙
정렬 정밀도	±0.1mm
적층 속도	0.5~1초/장
전극 사이즈 대응	50~300mm
분리막 두께	10~30μm

결론

스태킹 공정은 2차 전지 셀 제조에서 정밀도, 안정성, 생산성을 동시에 요구하는 복합 공정입니다. 고정밀 비전, 진공 흡착, 고속 서보 제어, 정전기 및 이물 제어 기술이 유기적으로 통합되어야만 고품질 셀 생산이 가능합니다. 최신 스태킹 기술 트렌드도 빠르게 발전 중이므로 지속적인 모니터링과 기술 개발이 필수적입니다.