적용분야

파우치 셀의 용접 공정은 리튬이온 배터리 제조에서 매우 중요한 단계입니다. 유연하고 경량화된 구조로 선호되는 파우치 셀은 여러 겹의 전극과 분리막이 유연한 알루미늄 포일로 감싸진 형태로 구성되어 있습니다. 용접 공정은 셀의 기밀 밀봉을 보장하며, 이는 배터리의 안전성과 수명을 유지하는 데 필수적인 요소입니다.

먼저 셀은 포일 층을 정밀하게 정렬하기 위한 전용 지그(고정 장치)에 장착됩니다. 이후 알루미늄 포일의 개방된 가장자리는 열 용접 또는 초음파 용접 방식으로 밀봉됩니다. 열 용접에서는 포일을 특정 온도로 가열하여 재료를 융합시키며, 초음파 용접에서는 고주파 음파가 포일의 분자에 진동을 가해 견고한 결합을 형성합니다.

온도, 압력, 시간과 같은 용접 공정 변수의 정밀한 제어는 균일하고 신뢰성 있는 실링을 확보하는 데 매우 중요합니다. 용접이 불충분할 경우 누설이 발생할 수 있으며, 이는 배터리를 손상시키거나 성능 저하를 초래할 수 있습니다.

용접이 완료된 후, 각 셀은 진공 시험이나 헬륨 누설 검사와 같은 방식으로 누설 테스트를 거칩니다. 이러한 품질 보증 절차는 공기나 수분이 셀 내부로 유입되는 것을 방지하여, 화학적 안정성과 수명을 저해하지 않도록 합니다. 전반적으로 파우치 셀의 정밀한 용접은 현대 리튬이온 배터리의 품질과 안전성을 보장하는 데 매우 중요합니다.

단일 파우치 셀에서 가장 중요한 실링 영역은 커넥터, 즉 플래그(flag) 주변입니다. 플래그는 기하학적으로 복잡한 형태를 가지고 있어 실링이 특히 까다롭습니다. 이러한 배터리 셀 제조사는 셀 용접에 문제가 없음을 검증하기 위한 신뢰성 있는 품질 보증 시험이 필요합니다.

플래그의 가장자리는 포일을 관통해 지나가며, 이 지점의 실링이 약할 경우 부하 시험 중 누설 부위에서 온도 상승이 발생하게 됩니다. 단일 지점 파이로미터는 잠재적인 누설 위치를 정확히 알고 있을 때에만 해당 영역을 측정할 수 있습니다. 반면, 적외선 이미지는 핫스팟을 시각적으로 표시해 주기 때문에 위치와 크기를 사전에 알 수 없는 누설을 훨씬 쉽게 감지할 수 있습니다.

이러한 누설은 매우 미세할 수 있어, 적외선 이미지는 극히 작은 영역까지 시각화할 수 있어야 합니다. 또한 누설이 작을 경우 온도 차이 역시 매우 작게 나타날 수 있습니다. 따라서 열화상 이미지는 높은 광학 해상도와 우수한 온도 분해능을 갖추어야 합니다. 알루미늄 표면은 8 µm -14 µm 파장대 카메라에 있어 측정이 까다로운 대상이지만, 다행히도 플래그의 핵심 영역은 부분적으로 코팅되어 있어 방사율이 증가하며, 이로 인해 누설 감지가 용이해집니다.

Optris PI 640i 적외선 카메라는 640 × 480 픽셀의 높은 광학 해상도를 갖추고 있어, 표준 렌즈 사용 시 최소 1mm 크기의 누설까지 감지할 수 있습니다. 이 카메라는 주로 배터리 파우치 셀의 품질을 보장하기 위해 누설을 검출하는 데 사용됩니다. 소프트웨어에서는 온도 차이를 양품 셀을 판단하는 기준으로 설정할 수 있으며, 허용 범위를 벗어난 온도 편차가 감지되는 즉시 경보를 발생시킵니다. 이 경보는 제어 유닛으로 전달되어, 각 배터리 셀에 대해 열화상 장비로부터 OK 또는 NOK 판정 결과를 기록할 수 있도록 합니다. 누설을 의미하는 열적 차이가 나타난 배터리 파우치 셀은 이후 공정에서 폐기 처리됩니다. 이로써 품질 보증은 자동화된 제조 공정의 일부로 완전히 통합되었습니다.

배터리 파우치 셀 제조 공정에서는 VGA 해상도와 40 mK(밀리켈빈)의 낮은 NETD(등가 잡음 온도 차이)가 누설을 감지하는 데 매우 중요합니다. 640×480 픽셀의 높은 광학 선명도를 제공하는 VGA 해상도는 셀 표면을 세밀하게 시각화할 수 있게 해줍니다. 이러한 고해상도는 검출되지 않을 경우 심각한 문제로 이어질 수 있는 미세한 결함을 식별하는 데 필수적입니다. VGA 해상도가 제공하는 선명도 덕분에 아주 작은 불규칙성까지도 확인할 수 있어 정밀한 품질 관리가 가능합니다.

40 mK의 낮은 NETD는 적외선 카메라의 열 감도를 크게 향상시킵니다. 이러한 높은 감도는 누설을 나타내는 극히 미세한 온도 차이를 감지하는 데 매우 중요합니다. 낮은 NETD는 카메라가 아주 작은 온도 변화까지 구분할 수 있음을 의미하며, 이는 온도 차이가 거의 없는 소규모 누설을 식별할 때 특히 중요합니다. 이와 같은 성능은 어떠한 결함도 놓치지 않도록 하여 배터리 셀의 무결성과 안전성을 유지하는 데 기여합니다.

MFOV(측정 시야)는 배터리 파우치 셀과 같이 미세한 누설을 감지해야 하는 응용 분야에서 매우 중요한 요소로, 고해상도 열화상 이미징을 가능하게 합니다. 낮은 NETD와 결합될 경우, MFOV는 열화상 카메라가 매우 작은 온도 차이까지 구분할 수 있도록 하여 잠재적인 문제를 효과적으로 부각시킵니다. 이러한 공간 해상도는 정확한 온도 측정과 품질 관리에 필수적이며, MFOV는 효과적인 열화상 검사를 위한 핵심 요소로 작용합니다. 측정 시야(MFOV)는 정확한 온도 판독을 위해 필요한 최소 타깃 크기를 결정하는 데 필수적입니다. 열화상 측정에서 MFOV는 파이로미터 장비의 측정 스팟과 유사한 개념으로, 일정한 픽셀 수로 정의되며 타깃 에너지의 약 90%를 포착할 수 있도록 설계됩니다.