탄소 코팅 알루미늄 호일 생산 공정 흐름도

탄소 코팅 알루미늄 호일은 LIFP 배터리 양극 집전체의 핵심 소재이며, 생산 공정은 크게 두 부분으로 나뉩니다. 하나는 순수 알루미늄 호일 제조이고 다른 하나는 탄소 코팅 호일 제조입니다. 그중 탄소 코팅 제조는 핵심 단계로, 슬러리 준비, 코팅, 건조, 품질 검사 및 후처리 과정을 포함합니다.

1. 알루미늄 원재료 제조(기본 소재)

탄소 코팅 알루미늄 호일의 기본 재료는 고순도 배터리용 알루미늄 호일(순도 99.9% 이상, 일반적인 두께는 10~20μm)이며, 주로 주조-압연-냉간압연 공정을 통해 생산됩니다.

• 용융 및 균질화:                                                                                                                                                                                                                                  알루미늄 잉곳이나 빌릿을 녹여 알루미늄 코일로 주조한 후, 내부 응력을 제거하고 미세 구조의 균일성을 향상시키기 위해 균질화 처리를 합니다.
• 열간압연 vs. 냉간압연: 열간 압연, 냉간 압연, 중간 어닐링 및 최종 압연을 포함한 여러 압연 공정을 통해 알루미늄 소재는 지정된 치수로 성형되어 알루미늄 호일의 두께, 표면 거칠기 및 기계적 특성이 요구되는 기준을 충족하도록 합니다.
• 표면 처리: 일반적으로 알루미늄 호일 표면에는 산화층과 기름이 존재하는데, 이를 제거하기 위해서는 알칼리 세척, 산 세척, 초음파 세척, 코로나 처리 등의 방법을 통해 표면을 깨끗하게 하고 활성화시켜 후속 탄소 코팅의 접착력을 향상시켜야 합니다.

2. 탄소 코팅 제조 (핵심 공정)

• 탄소 코팅 슬러리 준비

원료 비율:

전도성 탄소 재료(예: 카본 블랙, 흑연, 탄소 나노튜브, 그래핀 등)를 필름 형성제(예: PVDF, 아크릴레이트계 바인더 등), 용매(예: 탈이온수, 이소프로판올 등) 및 첨가제(예: 분산제, 습윤제 등)와 지정된 비율에 따라 혼합합니다.

 

분산 및 정제:

슬러리의 점도, 고형분 함량 및 입자 크기를 제어하기 위해 모래 분쇄기 또는 고속 분산기를 사용하여 재료를 혼합하고 정제하여 슬러리가 균일하고 안정적이며 덩어리짐이 없도록 합니다.

 

• 코팅 공정

코팅 방법:

주류 방식은 연속 롤투롤 코팅 공정(예: 그라비아 코팅, 블레이드 코팅, 롤러 코팅, 스프레이 코팅)을 이용합니다. 이 중 그라비아 코팅은 코팅 두께를 정밀하게 제어할 수 있고(±0.5μm 이내) 연속 생산에 적합하여 가장 널리 사용됩니다.

매개변수 제어:

슬러리가 알루미늄 호일에 연속적이고 고르게 코팅되도록 하려면 코팅 속도, 알루미늄 호일 사이의 검은색 부분, 코팅의 인장 강도를 제어해야 합니다.

• 건조 및 응고

분할 건조 및 단계적 경화:

코팅 후, 알루미늄 호일을 다단계 온도 조절 오븐(예: 열풍 건조 오븐, 적외선 건조 오븐 또는 터널 건조 오븐)에 넣어 단계적 가열 공정을 진행합니다. 이 공정은 용매의 빠른 증발과 탄소층의 예비 경화를 촉진하여 코팅의 균열이나 기포 발생을 방지합니다.

고온 경화:

특정 공정에서 코팅된 포일은 경화 오븐에서 고온 경화 과정을 거쳐야 합니다. 이 고온 가열은 탄소층의 완전한 경화를 보장하여 코팅과 알루미늄 포일 사이의 접착 강도와 전도성 네트워크의 안정성을 향상시킵니다.

•  품질 검사

 

슬리팅 전후에 완성품에 대해 코팅 두께 측정(두께 측정기), 전도도/직사각형 저항 측정(저항 측정기), 접착력 측정(박리 시험) 및 표면 결함 검사(육안 또는 광학 검사)를 포함한 모든 검사를 실시해야 합니다. 코팅 불완전, 긁힘 또는 재료 박리 등의 결함이 있는 제품은 모두 불량으로 판정해야 합니다.

• 치료 후

코팅 및 고형화 공정을 마친 알루미늄 호일은 냉각 시스템을 통과하며 편차를 보정합니다. 배터리 제조업체의 사양(예: 좁은 폭의 롤)에 따라 절단기를 사용하여 정밀하게 절단합니다. 마지막으로 권취기를 사용하여 제품을 완성된 롤에 감은 후 정전기 방지/방습 필름으로 포장합니다.