삼성SDI의 극판 공정은 배터리의 핵심 요소인 양극 및 음극 극판을 제조하는 공정이다. 크게 믹싱(Mixing), 코팅(Coating), 슬리팅(Slitting), 프레스(Press)의 네 단계로 구성되며, 각각의 공정은 배터리 성능과 품질을 결정짓는 중요한 역할을 수행한다.

믹싱 공정

믹싱 공정은 배터리의 핵심 재료인 활물질, 도전재, 바인더, 용매를 일정한 비율로 혼합해 슬러리를 제조하는 공정이다. 

혼합된 각 소재는 믹서의 회전력을 이용해 균일하게 분산된다. 이후 금속 이물질과 기포 등을 제거하여 품질 안전성을 확보한다. 

완성된 슬러리는 중간 저장 탱크(Coating Buffer Tank)에서 일정 시간 보관되며 이전에 만들어진 슬러리와 섞이는 과정을 거친다. 이를 통해 슬러리 품질의 균일성을 높이고, 코팅 공정으로의 공급 속도를 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.

코팅 공정

코팅 공정은 믹싱 공정에서 제조된 슬러리를 금속 기재(집전체) 위에 일정한 두께로 도포하고, 건조시키는 단계이다. 양극에는 알루미늄, 음극에는 구리가 기재로 사용된다. 

슬러리 도포는 ‘슬롯 다이’를 통해 진행된다. 슬롯 다이는 슬러리를 하나의 출구로 분출하는 정밀 도포 장치로, 기재가 주행하는 동안 코팅의 폭과 위치를 제어한다. 삼성SDI는 다열 코팅 진행 시에도 코팅의 폭과 위치를 개별 제어하는 기술을 사용하고 있다.

이외에도 극판 내 흑연 입자의 방향성을 조정하고, 극판의 상하층의 소재 비율을 서로 다르게 설정하여 극판과 배터리 특성을 향상시키고 있다.

도포가 완료된 슬러리는 건조 단계를 거치면서 용매가 증발된 상태로 기재 표면에 안정적으로 고정된다. 

슬리팅 공정

슬리팅 공정은 코팅을 마친 극판을 일정한 폭으로 절단한 후, 이를 릴*에 감는 과정이다. 이를 통해 극판은 이후 스택, 권취 공정에 적합한 형태로 준비된다.

* 릴(Reel): 슬리팅된 극판을 감아 보관하고 다음 공정으로 이동시킬 때 사용하는 권취 장치

극판은 슬리터 설비의 핵심부인 나이프 유닛(Knife Unit)*에서 정밀하게 절단된다. 절단이 완료된 극판은 표면의 이물질을 제거한 후, 복수의 릴에 나뉘어 감긴다. 이때 중요한 요소가 극판의 장력 제어다. 장력이 과하거나 부족하면 릴 감김 불량, 주름 등의 문제가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 슬리터 장비에 실시간으로 장력을 조절하는 장치를 적용하여 극판이 릴에 균일하게 감길 수 있도록 한다.

* 나이프 유닛(Knife Unit): 상도(Upper Blade)와 하도(Lower Blade)로 구성되어 있으며, 두 날의 각도와 오버랩(겹침) 간격은 절단 품질에 직접적인 영향을 미침

프레스 공정

프레스 공정은 슬리팅된 극판을 정해진 두께로 압축해 용량 밀도를 높이고, 활물질과 기재 간의 밀착력을 강화하는 단계다. 

극판은 먼저 예열롤(Pre-heating Roll)을 통과해 내부 온도를 일정 수준까지 높인 뒤, 메인 압축롤(Main Roll)을 지나며 목표한 두께로 압축된다.

특히 양극 극판의 경우, 활물질이 도포된 코팅부는 압연 시 연신되는 반면, 활물질이 도포되지 않은 무지부는 상대적으로 연신되지 않는다. 삼성SDI는 이로 인해 발생할 수 있는 기재 파손을 방지하기 위해, 코팅부와 무지부 간 장력 차이를 제어하는 신공정을 적용하고 있다.

삼성SDI는 작년 9월 건식 극판 공정 파일럿 라인 '드라이브(DryEV) 라인'을 완공하는 등 기술 개발을 계속하고 있다. 삼성SDI는 앞으로도 극판 공정 기술 개발을 지속해 나갈 계획이다.