배터리 조립 공정은 최종 제품의 형태를 결정짓는 핵심 단계로, 특히 파우치 배터리의 경우에는 케이스 제작 후 기본 단위인 셀(Cell)을 조립하여 이들을 케이스에 삽입하는 과정을 포함합니다. 이 과정에서 LG에너지솔루션은 독자적으로 개발한 ‘라미네이션 & 스태킹(Lamination & Stacking, L&S) 공법’을 적용하여 효율성을 극대화하고 있습니다.
하지만 LG에너지솔루션은 단순히 기존 기술을 유지하는 데 그치지 않고, 다양한 공법에 관심을 가지며 경쟁력을 더욱 강화하고 있습니다. 그 결과, L&S의 장점을 기존 Z-Stacking 공법에 적용하여, 배터리 안전성을 더욱 높인 ‘어드밴스드 Z-스태킹(Advanced Z-Stacking, AZS)’ 공법이 탄생하였습니다.
라미네이션 & 스태킹과 Z-스태킹의 융합 ‘AZS’
LG에너지솔루션의 라미네이션 & 스태킹(Lamination & Stacking, L&S) 공법은 전극과 분리막이 결합된 모노셀(Mono-Cell)을 사용하여, 이를 분리막과 음극으로만 구성된 하프셀(Half-Cell)과 결합한 후, 분리막을 기준으로 음극과 양극을 층층이 쌓는 방식입니다. 이를 통해 생산성이 높고, 배터리 내부 공간을 효율화할 수 있다는 장점이 있죠.
이번에 개발한 어드밴스드 Z-스태킹(Advanced Z-Stacking, AZS)은 LG에너지솔루션만의 새로운 제조 공법으로, 기존의 라미네이션 & 스태킹(Lamination & Stacking, L&S) 공법에 Z-스태킹을 통합한 혁신적인 방식입니다.
기존 Z-스태킹 방식과의 가장 큰 차이는 Heat Press 단계의 유무에 있습니다. Z-스태킹은 양극과 음극, 분리막을 지그재그 형태로 쌓는 방법으로, 분리막이 Z형태로 포개질 때 낱장으로 재단한 양극과 음극을 사이사이에 쌓는 구조입니다. LG에너지솔루션은 여기에 고유의 라미네이션 기술을 적용하여, Heat Press를 활용한 열과 압력을 통해 전극과 분리막 간 접착력을 부여하였습니다. 이를 통해 어드밴스드 Z-스태킹 공법을 완성하였죠. 즉 어드밴스드 Z-스태킹은 분리막 사이사이에 전극이 적층된 상태에서 고유의 라미네이션 기술로 전극과 분리막을 접착하는 방식을 적용한 것입니다.
어드밴스드 Z-스태킹 공법은 Heat Press 적용을 통해, 일반 Z-스태킹에 비해 더욱 높은 안전성을 가지게 되었습니다. 전극과 분리막을 열과 압력을 통해 접합함으로써, 전극의 정렬을 높은 수준으로 유지하고, 전극이 틀어질 수 있는 요소를 최소화하였기 때문이죠. 다시 말해 어드밴스드 Z-스태킹 공법은 공정 간 이송 시 전극 유동을 차단하고, 오버행(Overhang)*에 대한 근본 개선을 이뤄내 수준 높은 안전성을 확보하였습니다.
아울러 스택셀이 이미 접합되어 있기에 공정 간 이동시에 많은 단위의 셀을 운영할 수 있어 제조시간이 단축되고, 유닛 단위로 설비를 구성할 수 있어 공간 활용도를 높일 수 있다는 장점도 있습니다.
*오버행(Overhang) : 양극, 음극이 스태킹(Stacking)된 상태에서 일부 전극이 다른 전극들에 비해 돌출된 상태
어드밴스드 Z-스태킹(Advanced Z-Stacking, AZS)을 활용한 배터리 양산
어드밴스드 Z-스태킹 공법은 현재 배터리 생산에 활용되고 있습니다. LG에너지솔루션은 오창 에너지플랜트에서 어드밴스드 Z-스태킹 파일럿(Pilot)라인 검증 및 샘플 생산을 마쳤고, 현재 인도네시아 소재 PT. HLI Green Power에서는 이를 적용한 배터리 양산이 진행 중입니다.
지금까지 어드밴스드 Z-스태킹에 대해 알아보았습니다. 다양한 공법에 대한 연구를 이어가며 배터리 시장을 이끌어가는 LG에너지솔루션의 노력을 함께 지켜봐 주세요!