전기화학, 재료 입문 연구자 필독 | 단추형 배터리 제작 전 분석 (연구 주제 포함)
출시 날짜：2025-04-11
코인셀은 리튬전지 연구의 기본 매개체로서 신에너지 소재 개발, 전기화학적 성능 테스트 등 분야에서 중요한 역할을 하며, 리튬전지 전공 학생들이 반드시 거쳐야 하는 작은 관문이기도 합니다.
코인셀 제작 공정을 능숙하게 익히면 실험실에서 "원하는 대로" 할 수 있고, 더 쉽게 취업 제안을 받을 수 있습니다. 。
대학원생/박사과정/학부생 실험실 "최고의 인재"가
"코인셀 테스트 500회 이상 독자 수행" 경력을 적은 이력서를 들고 있다면,
축하합니다. 여러분은 논문 수확기+유명 기업 취업의 발판+프로젝트 가속기 3가지 효과를 얻게 됩니다.
최고 학술지, 유명 기업 인사 담당자는 아마도 여러분에게 "패스트트랙"을 열어줄 것입니다.🌍
코인셀: 업계의 어려움을 해결하는 "미니어처 전장"
비용과 효율의 균형: 간단한 패키징 공정과 낮은 장비 요구사항으로 신소재 및 신설계의 신속한 검증 플랫폼이 됩니다.
환경 논쟁의 핵심: 양극 소결, 전해액 처리 등의 탄소 감축 기술 혁신이 코인셀 실험을 통해 추진되고 있습니다.
기술 개선 실험장: 고압축 밀도 양극, 고체 전해질 등 최첨단 기술은 모두 코인셀을 통해 실현 가능성을 검증해야 합니다.
코인셀 셀은 양극 셀, 음극 셀, 스프링, 패드 등의 부품으로 구성되어 있으며, 정밀한 구조는 소재 특성의 미세 연구에 이상적인 환경을 제공합니다.
코인셀 제작 전 과정: 정밀도가 성능을 결정합니다
01
슬러리 제작:
(1) 재료 준비:
활성 물질 혼합 (예: LiCoO₂ 양극 또는 흑연 음극)
도전제(Super P)
결합제 (PVDF 또는 CMC/SBR).
일반적인 비율 : 80:10:10(소재 최적화에 따라 조정).
용매 : NMP(PVDF 시스템) 또는 탈이온수(수성 슬러리).
(2) 불순물 관리 : ≤30μm의 정밀 여과 장치(자력 선별 제철 우선)를 사용하고 슬러리 분산 공정을 결합하여 연성 응집체 크기를 ≤50μm로 제어하여 분리막 관통 단락을 전면적으로 예방합니다.
(3) 재료 처리 : 활성 물질을 고온 소결한 후 진공 교반과 점도 조절을 통해 균일한 슬러리를 형성합니다.
혼합 공정 선택 규칙:
품질 기준을 사용하여 공정 경로를 결정합니다 ；
수작업 연마법 (0.1-5.0g 범위): 미량 활성 물질(예: 신형 전극 물질 초기 선별)에 적합합니다
기계적 슬러리 혼합법 (>5.0g): 실험실 혼합기를 통해 재료 균질화를 실현합니다
02
전극 제작:
(1) 전극 도포 : 도포 효과는 배터리 용량, 내부 저항, 수명 및 안전성에 중요한 영향을 미칩니다.
(2) 집전체 선택 : 리튬이온 배터리 전극의 양극에는 알루미늄 호일을, 음극에는 구리 호일을 사용합니다. 한 면이 매끄러운 호일 재료의 경우, 거친 면에 도포하여 집전체와 재료 간 결합력을 높여야 합니다.
(3) 도포 방법 : 스퀴즈 또는 코팅기를 사용하여 재료를 평평하고 깨끗하게 도포합니다. 따라서 도포 전에 알코올과 탈지면으로 재료와 장비를 꼼꼼하게 청소하는 것이 좋습니다.
코팅 기술 적용 원칙:
슬러리 부피 동역학에 따른 선택 ；
수동 코팅 : 일반적인 방법(슬러리 양<10mL), 도포 속도를 0.5-1.0mm/s로 제어해야 합니다
기계적 코팅 (슬러리 양≥10mL): 스퀴즈 간격 정밀도±5 μm
도포 후 전극 건조, 롤러 프레스, 펀칭을 거쳐 두께와 밀도가 마이크로미터 단위로 정확하게 제어됩니다 。
(4) 전극 롤러 프레스 : 프레스 처리: 롤러 프레스 또는 프레스 기계를 사용하여 프레스 처리를 합니다. 롤러 프레스는 일반적으로 양극 필름을 15~60μm로 압축할 수 있습니다. 프레스 기계는 약 80~120kg/cm2의 압력으로 프레스할 수 있습니다.
(5) 전극 펀칭 및 계량 : 전극을 적절한 크기의 작은 원형으로 펀칭합니다. 전극은 이탈이 없어야 하며, 잔털 등의 결함이 없어야 합니다. 펀칭된 전극의 무게를 측정하고 별도로 보관하여 전극과 이후 조립되는 배터리가 일대일로 대응되도록 합니다.
03
배터리 패키징 및 주입 정지(무산소 환경)
(1) 전처리: 극판과 분리막을 수분 및 산소 함량이 0.1ppm 미만인 글러브 박스 내에서 절단하고, 겹쳐 쌓습니다.
(2) 정밀 조립: “음극 쉘→리튬박→전해액→분리막→양극박→ → 스테인리스 스틸 패드→양극 쉘” 순서를 따릅니다 (침윤 ≥2시간);
출처: 인터넷, 저작권 문제 발생 시 삭제
(3) 밀봉 공정: 압력과 온도의 정확한 제어는 배터리 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 배터리 밀봉에는 수동, 전동, 공압식 등 다양한 밀봉 장치를 선택할 수 있습니다.
밀봉 압력: 0.5~2t의 압력을 가합니다(압력 부족은 접촉 불량을 초래하고, 과도한 압력은 분리막을 손상시킵니다).
정치: 밀봉 후 배터리를 12~24시간 정치하여 전해액이 전극에 충분히 침투되도록 합니다.
04
배터리 성능 테스트
(1) 기본 파라미터: 용량, 내부 저항 및 사이클 노화 테스트(0.5C 배율 사이클 200회, 용량 유지율 ≥80%)
활성 물질 비율 계산 방법= 활성 물질 질량 / (활성 물질 질량 + 도전제 질량 + 바인더 질량) x 100%
배터리 용량= (극판 질량 - 기재 질량) * 활성 물질 비율 * 활성 물질 g당 용량
(2) 극한 조건: 단락, 과충전 등의 시나리오를 모의하여 배터리 신뢰성을 검증합니다.
수분 제어 ：전극 건조 후 즉시 글러브 박스로 옮겨야 하며, 공기에 5분 이상 노출되면 성능 저하가 발생할 수 있습니다. (문헌 J. Power Sources 2018).
리튬박 처리 ：리튬박 표면의 산화물은 스크레이퍼로 가볍게 제거해야 합니다. 그렇지 않으면 계면 저항이 증가합니다.
분리막 사이즈 ：분리막 직경은 전극보다 약간 커야 합니다(단락 방지). 일반적으로 16~18mm입니다.
연구 과제 추천 (참고용)
| 연구 분야 | 타당성 | 방향 | 추천 문헌 | |
| 재료 혁신 | 황화물 계면 | ★★★★ ☆ | 임피던스 목표를 200mΩ・cm²로 조정 | Energy Environ. Sci. 2023 |
| 저온 나트륨 이온 전해질 | ★★★ ☆☆ | 목표 전도도 > 2 mS/cm | Adv. Mater. 2022 | |
| 공정 최적화 | 건식 전극 | ★★★★ ☆ | L9 실험 변수 명확화 | J. Power Sources 2022 |
| 리튬 금속 수지상 성장 억제 | ★★★ ☆☆ | 사이클 수명 지표 보완 | Adv. Energy Mater. 2021 | |
| 탄소 중립 지속 가능성 | 배터리 재활용 | ★★★★ ☆ | NOx 전환 반응 시스템 명확화 | ACS Sustain. Chem. Eng. 2021 |
| 열 폭주 억제 | ★★★ ☆☆ | 온도 목표를 <100℃로 조정 | Joule 2022 | |
| 학제 간 연구 | 미생물-배터리 통합 | ★★ ☆☆☆ | 효율 목표를 >15%로 낮춤 | Nano Energy 2023 |
| 머신 러닝 선별 | ★★★★ ☆ | 데이터 범위 한정 | Nat. Commun. 2022 | |
초전 결론
버튼형 배터리는 작지만 리튬 배터리 기술 돌파구의 시작점입니다. 제조 공정을 숙지하는 것은 리튬 배터리 전문가의 기본기일 뿐만 아니라 재료 혁신, 공정 최적화, 산업 변혁의 시작점이기도 합니다.
조립에 성공하면:
✅ 국가 탄소 중립 KPI +1
✅ 세계 에너지 혁명에 당신의 이름이 새겨집니다.
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