[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 전세계 이차전지 업체들의 경쟁이 격화되면서, 원가절감, 수율 향상을 위해 제조 공정에의 첨단 기술 도입 등을 통해 생산성 향상을 위해 노력하고 있다. 특히 곳곳에 건설되는 신공장에서 공정 설비 고도화를 통해 수율 등을 높이겠다는 목표를 수립해 추진하고 있다.

다만 이차전지 생산공정은 크게 전극공정, 조립공정, 활성화공정, 팩공정 등 다단계 공정으로 이뤄져 있고, 공정마다 세부공정이 별도로 있어 스마트팩토리화에 어려움을 겪고 있다. 또 원통형·파우치형·각형 등 형태에 따라 제조 순서가 달라지는 점도 힘든 점 가운데 하나다.

독일에 본사를 둔 세계적인 센서 전문 제조기업인 씨크(SICK)는 배터리 제조 공정에 있어 △감지 및 측정 △보호 △검사 및 측정 △데이터 관리 및 식별 등 지능형 센서의 중요성을 강조한다. 씨크의 포괄적인 센서 제품과 솔루션은 배터리 전체 공정을 아우른다.

정밀한 감지 및 측정, 유연한 생산라인과 다운타임 감소

씨크는 이차전지 공정별 솔루션과 이력관리·안전·생산물류 등 전체공정에 적용되는 솔루션을 포괄적으로 구비하고 있다. 먼저 양극재, 음극재의 활물질을 각 전극의 집전판인 알루미늄과 동박에 도포하는 공정인 전극 제조 공정에서 씨크는 ‘감지 및 측정’의 중요성을 강조한다.

특히 전극 코팅의 균일성은 배터리 셀의 품질을 결정하는 중요 요소다. 씨크의 삼각 측정 방식의 초정밀 변위 측정 센서 ‘OD5000’은 코팅 두께를 마이크로미터 단위로 정확하게 측정한다. 빠르게 공정을 조정할 수 있어, 불량률을 최소화할 수 있다.

‘OD5000’은 높은 속도에서도 향상된 측정 성능을 위해 최대 80kHz의 측정 빈도를 보장한다. 반복정도는 0.01µm이고, 센서 헤드에 바로 내장된, TCP/IP 프로토콜을 이용하는 Ethernet 인터페이스를 가지고 있다.

또 구리 및 알루미늄으로 만들어진 음극과 양극을 감지할 수 있는 비접촉식 엔코더 ‘SPEETEC’도 있다. 씨크는 재료 표면을 직접 측정하는 기술을 사용해 선형으로 움직이는 물체의 속도와 길이를 측정하는 기존 포트폴리오를 넓히고 있다. 비접촉식 센서는 다양한 웹 및 무한 재료는 물론 블랭크까지 몇 µm 정확도로 측정 가능하다. 배터리 공정에서 기존 엔코더 제품의 경우 롤러 부분에서 미끄러지면서 제대로 측정할 수 없는 경우가 발생하는데, 이때 대안이 될 수 있다. SPEETEC은 재료 측정이나 표시가 없고 촉각 측정 요소의 마모 없이 미끄러지지 않고 측정할 수 있는 새로운 가능성을 제공하고 있다.

유도 감응형 근접센서로 스태킹 공정 불량 최소화

양극판관 음극판을 분리막과 함께 셀 형태로 조립해 전지 형태로 만들어주는 공정인 셀 조립 공정은 노칭, 와인딩, 스태킹, 웰딩, 패키징 공정으로 세분화되며, 모두 후속공정에 부정적 영향을 줄 수 있어 무엇보다 품질 검사가 중요하다. 씨크는 2D 머신비전 센서로 노칭 과정에서의 전극 품질 및 간격 검사를 지원한다.

특히 최근 많이 사용되는 파우치형 배터리의 경우 스태킹 공정이 적용되는데, 이 경우 전극과 분리막이 이중으로 쌓이면 제조 결함으로 이어질 수 있다. 씨크의 유도 감응형 근접센서 IDF는 서로 잇닿아 걸려 있는 전극을 확실하게 감지해 불량을 최소화할 수 있게 지원한다. IDF는 0에서 4mm의 측정범위를 가지고 있으며, 케이블 또는 IO-Link를 통해 티치돼 신속한 커미셔닝 및 포맷 변경이 가능하다.

스태킹된 양극과 음극에 탭을 용접해 단일 극판으로부터 흘러나오는 전류를 한곳으로 모으는 웰딩 공정에서는 3D 머신비전 센서가 직관적으로 파손 부위와 휨 여부를 점검한다. 씨크의 다양한 3D 머신비전 센서 시리즈는 이외에도 패키징 공정에서 △배터리 셀 표면 품질 검사 △배터리 호일 손상 및 결함 감지 △셀 조립 공정에서의 용접 검사 △배터리 모듈 검사 등에서 완전한 솔루션을 지원한다.

전체 공정서 설비 이력 관리·안전 솔루션 추가 가능

씨크의 광범위한 센서 포트폴리오는 이차전지 전체 생산공정에 대해 각각의 설비마다 이력 관리 및 제품 추적 애플리케이션과 안전 솔루션을 지원한다. 각각의 설비마다 코드리더, RFID 등이 활용되며, 안전 솔루션을 구성하기 위해서는 안전 제어기를 비롯해 안전 엔코더 및 안전 스위치, 광학식 안전 제품군이 사용된다.

안전 라이트 커튼 ‘deTec4 Core’는 와인딩 유닛으로의 접근을 확실하게 감시하고, 안전 레이저 스캐너 ‘microScan3’는 물류 이동을 위한 AGV 등 자율이동로봇 등에 장착돼 사람과 기계의 충돌 등을 방지한다.

AGV, 로봇 등 기타 물류자동화 공정도 스마트화를 돕는다. 씨크는 AGV를 활용하는 경우에는 씨크의 가이드 센서 및 LiDAR 센서 제품군을 사용할 수 있으며, 로봇을 활용할 경우 로봇 가이드를 위한 머신비전 제품과 작업자 진입 방지를 위한 안전 센서 제품군이 지원할 수 있다.

씨크는 전 세계 8,000여명의 직원과 50개 이상의 자회사 및 합작사를 보유하고 있는 산업용 지능형 센서 분야를 선도하고 있는 제조사다. 다양한 산업 분야의 사이트에서의 폭넓은 경험이 큰 장점으로 꼽힌다. 각 분야에서의 고유한 프로세스와 요구사항을 잘 알고 있다는 뜻이다. 이제 막 스마트화 고도화 단계를 밟아나가고 있는 이차전지 생산공정 분야에서의 씨크의 맞춤형 솔루션 해법이 기대되고 있다.

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