Development of Slurry Flow Control and Slot Die Optimization Process for Manufacturing Improved Electrodes in Production of Lithium-ion Battery for Electric Vehicles

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 having a high energy density is a good candidate for the batteries of electric vehicles. Since the electrode is an essential component that governs their efficiency, the electrode manufacturing process plays a vital role in the entire production process of lithium-ion batteries. In particular, the coating process is a critical step in the manufacturing of the electrode, which has a significant influence on its performance. In this paper, we propose an innovative process for improving the efficiency and productivity of the coating process in electrode manufacturing and describe the equipment design method and development results. Specifically, we propose a design procedure and development method in order to improve the core plate coating quality by 25%, using a technology capable of reducing the assembly margin due to its high output/high capacity and improving the product capacity quality and assembly process yield. Using this method, the battery life of the lithium-ion battery cell was improved. Compared with the existing coating process, the target loading level is maintained and dispersed to maintain the anode capacity (${\pm}0.4{\rightarrow}{\pm}0.3mg/cm^2r$ reduction).

전기자동차 리튬이온 배터리 제조공정에서 Loading Level 산포최소화 코팅을 통한 전극 품질개선에 관한 연구

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).