배터리는 극판, 스태킹, 조립, 화성의 네 단계 공정을 거쳐 제조된다. 극판 공정을 통해 만들어진 양극, 음극 극판은 스태킹 공정을 통해 양극-분리막-음극-분리막 순으로 쌓아 올려진 스택으로 구성된다.* 

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[극판과 스택의 단면 모습]

하지만 스태킹 공정의 결과물인 스택은 아직 배터리의 완성된 형태를 갖추고 있지 않다. 전기자동차용 배터리의 대표적인 형태인 각형 배터리는 육면체 구조의 알루미늄 캔을 사용하며, 이러한 외형은 조립 공정을 통해 완성된다.

조립 공정은 스택을 알루미늄 캔에 넣는 과정을 포함해 배터리 셀의 외형과 내부 구조를 완성하는 단계다. 이 과정을 통해 이후 단계인 화성 공정에서 셀 내부에 전류가 흐를 수 있도록 준비된다.

각형 배터리 기준으로 조립 공정은 크게 네 단계로 나뉜다. 각 단계는 ‘탭 용접, 캔 삽입 & 캔 캡 용접, 전해액 주입, 실링(Sealing) & 클리닝(Cleaning)’이다.

탭 용접 공정

첫 번째는 스택에서 나온 금속 탭을 캡 어셈블리(Cap Assembly)와 연결해 전류가 흐를 길을 만드는 단계다. 캡 어셈블리는 셀 상단에 장착되는 덮개로, 셀 내부 전류를 외부 모듈로 전달하는 역할을 하며, 가스 배출이나 압력 완화 등의 안전 기능도 담당한다.

탭과 캡 어셈블리는 용접을 통해 연결된다. 용접 전, 극판이 보유한 에너지를 손실 없이 활용하기 위해 스택에서 나온 탭을 가지런히 정렬한다. 

이후 캡 어셈블리를 스택 위로 씌우고 캡 어셈블리의 집전판과 탭 사이를 레이저로 용접한다. 용접이 이루어지면 스택의 전류를 모듈로 전달할 수 있게 된다.

삼성SDI는 자체 개발한 특허 레이저 기술인 LPW(Laser Plate Welding)를 적용해 기공(용접 시 생길 수 있는 빈틈)을 최소화하고 용접 품질을 높이고 있다.

캔 삽입 & 캔 캡 용접 공정

두 번째는 스택을 알루미늄 캔 속에 넣고 용접해 셀 외형을 완성하는 단계다. 

스택의 상부를 제외한 5개 면에 절연 테이프를 부착한 뒤, 이를 알루미늄 캔에 삽입하고 상단의 캡 어셈블리를 눌러 끼워 고정한다. 절연 테이프는 삽입 과정에서 극판이 캔과 직접 닿아 발생할 수 있는 쇼트를 방지하는 등 품질과 안전성을 동시에 확보하기 위한 조치다.

삽입이 끝나면 캔과 캡 어셈블리를 레이저로 용접해 틈을 완전히 막는다. 이를 통해 외부 공기가 들어오거나 셀 내부의 전해액이 새는 것을 방지한다. 

전해액 주입 공정

세 번째는 전해액을 셀 내부로 주입하는 단계이다. 전해액은 배터리 안에서 리튬이온이 이동할 수 있도록 도와주는 액체다.

전해액 주입 전, 셀에 미세한 구멍이 없는지 여부를 진공 상태에서 검사한다. 이상이 없으면 정해진 양의 전해액을 주입한다. 

이후에는 전해액이 극판에 균일하게 스며들도록 기다리는 ‘함침’ 공정을 거친다. 이 과정을 통해 극판 내 이온 이동 특성을 안정적으로 확보할 수 있다.

실링 & 클리닝 공정

마지막은 셀을 밀봉하고 외관을 세정하는 단계다. 

전해액 주입구를 깨끗이 닦은 뒤, 임시로 막아 전해액이 새지 않게 한다. 그 후 내부 저항 검사와 압력 검사를 통해 전류가 잘 흐르는지, 밀폐 상태가 안정적인지 확인한다.

검사를 마친 셀은 상부를 물로 씻고 흡입 장치로 건조해 외관을 세정한다. 마지막으로 오염이나 손상 여부를 점검한 뒤, 셀은 다음 단계인 화성 공정(전기를 처음 흘려주는 과정)으로 이송된다.