디스크 펀칭 머신 본 장비는 배터리 전극 및 분리막의 원형 디스크를 효율적으로 생산할 수 있으며, 다양한 코인 셀의 연구 개발에 적합합니다. 정밀 제어, 재료 적합성 및 작동 편의성 연구를 통해 배터리 실험실의 소량 시료 준비 및 템 시료 전처리와 같은 환경에서 본 장비의 적용 가능성을 검증하였으며, 배터리 연구 개발 분야에서 정밀 처리 장비 선정을 위한 기술적 참고 자료를 제공합니다.
1. 서론
리튬 이온 배터리 및 전고체 배터리와 같은 신에너지 저장 장치의 연구 개발 과정에서 전극과 분리막의 치수 정확도는 조립 효율, 전기화학적 성능 및 배터리의 안전성에 직접적인 영향을 미칩니다. 코인 셀은 구조가 작고, 시료 소모량이 적으며, 시험이 편리하기 때문에 배터리 소재의 성능 평가 및 계면 반응 연구의 핵심 소재로 자리 잡았습니다. 그러나 코인 셀용 전극 및 분리막 원형 디스크 가공은 버(규석) 발생, 덴트(찌그러뜨리다) 발생, 그리고 높은 치수 일관성이라는 기술적 요건을 충족해야 합니다. 가위 절단이나 일반 스탬핑 장비 가공과 같은 기존 방식은 소재 모서리 손상 및 과도한 치수 편차를 유발하기 쉽고, 이는 배터리 단락 및 용량 저하와 같은 문제로 이어질 수 있습니다.
2. 정밀 펀칭기의 구조 설계 및 기술적 장점
2.1 핵심 구조 설계
구조 설계정밀 펀처정밀성, 휴대성, 내구성이라는 세 가지 핵심 요건을 중심으로 설계되었습니다. 기존 슬라이딩 슬라이드 레일 대신 고품질 볼 베어링 슬라이드 레일을 채택하여 펀칭 공정 중 측면 편차를 줄이고, 펀치와 다이 사이의 동축 오차를 낮게 유지하며, 구조적 관점에서 펀칭된 원형 디스크의 치수 일관성을 보장합니다. 동시에 슬라이드 레일의 매끄러움은 수동 작업의 저항을 줄이고, 단일 펀칭의 안정성을 향상시키며, 불균일한 힘 적용으로 인한 소재 주름이나 모서리 손상을 방지합니다.
본체는 완벽한 부식 방지 소재로 제작되어 영구적인 녹 방지 기능을 제공합니다. 배터리 실험실에서 일반적으로 사용되는 전해액과 세척제는 금속 장비를 부식시킬 가능성이 높습니다. 하지만 부식 방지 본체는 화학적 부식으로 인한 장비의 구조적 느슨함 및 정밀도 저하를 방지하고, 장비의 수명을 연장하며, 동시에 처리된 샘플이 본체에서 발생하는 녹 불순물로 오염되지 않도록 합니다.
이 장비는 표준화된 다이 인터페이스를 갖추고 있어 특정 범위 내에서 맞춤형 다이를 신속하게 교체할 수 있습니다. 다이와 펀치의 위치는 핀홀 맞춤 설계를 채택했습니다. 다이 교체 시 추가 교정이 필요하지 않으며, 전극 펀칭에서 분리막 펀칭으로의 전환을 신속하게 완료할 수 있어 실험실에서 다양한 사양의 샘플을 신속하게 준비해야 하는 요구를 충족합니다.
2.2 기술적 이점 분석
기존 배터리 디스크 가공 장비와 비교했을 때, 정밀 펀칭기는 상당한 기술적 이점을 가지고 있습니다. 고정밀 가공 성능 측면에서, 이 장비로 펀칭된 원형 디스크의 가장자리는 버(규석)나 덴트(찌그러뜨리다)가 없으며, 치수 공차도 좁은 범위 내에서 제어됩니다. 배터리 전극의 경우, 가장자리 버(가장자리 규석)는 분리막을 뚫고 단락을 유발할 가능성이 높으며, 과도한 치수 공차는 전해액 습윤 효과에 영향을 미칩니다. 이 장비의 고정밀 가공 성능은 이러한 위험을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
재료 호환성 측면에서 본 장비는 다양한 두께의 얇은 금속 포일과 분리막에 적합하게 조정될 수 있습니다. 배터리 시스템마다 요구되는 재료 두께가 크게 다르므로, 본 장비의 폭넓은 두께 조정 범위는 주류 배터리 시스템의 처리 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
이 장비는 크기가 작고 무게가 가벼워 소형 실험실 장비(으으으으)에 속하며, 특정 직경의 전이 챔버를 통해 작동하기 위해 글러브 박스에 넣을 수 있습니다. 배터리 연구 개발 과정에서 일부 민감한 재료는 불활성 가스 분위기에서 처리해야 합니다. 이 장비의 글러브 박스 적응성 덕분에 민감한 재료의 현장 처리가 가능해져 시료의 화학적 안정성이 보장됩니다.
또한, 이 장비는 외부 전원이나 압축 공기가 필요 없는 수동 프레스 작동 모드를 채택하여 작동 과정이 간단합니다. 전문적인 장비 작동 경험이 없는 연구자도 단기간의 교육만으로도 능숙하게 다룰 수 있습니다. 컴팩트한 구조로 실험실 흄후드나 글러브 박스 작동 플랫폼과 같은 좁은 공간에도 추가 공간을 차지하지 않고 바로 설치할 수 있습니다.
3.배터리 연구 및 개발에 있어서 정밀 펀처의 적용 시나리오
3.1 코인 셀의 표준화된 제조
코인 셀의 구조는 음극 케이스 - 음극 - 분리막 - 양극 - 심 - 양극 케이스로 구성됩니다. 코인 셀의 모델에 따라 전극 및 분리막 크기에 대한 명확한 요구 사항이 있습니다. 정밀 펀칭기로 가공된 전극 원형 디스크는 다양한 모델의 코인 셀의 양극 및 음극 케이스와 적절한 조립 간격을 형성하여 전극과 케이스 사이의 직접적인 접촉을 방지할 뿐만 아니라 전해질이 전극 재료를 완전히 적실 수 있도록 합니다. 동시에, 가공된 분리막 원형 디스크는 양극과 음극을 완전히 덮어 양극과 음극 사이의 전자 전도를 효과적으로 차단하고 배터리 단락을 방지할 수 있습니다.
3.2 배터리 소재 성능 평가
배터리 소재 연구개발에서 소재의 전기화학적 성능 시험은 일정한 크기의 전극을 기반으로 이루어져야 합니다. 그렇지 않으면 성능 차이가 소재 자체의 문제인지, 아니면 가공 오류인지 구분하기 어렵습니다. 정밀 펀칭기의 고정밀 가공 능력은 활물질 로딩을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 전극의 활물질 로딩은 전극 면적과 관련이 있습니다. 본 장비로 가공된 전극 원형 디스크는 치수 편차가 작아 면적 편차가 작으며, 로딩 계산 오차도 기존 절단 방식보다 훨씬 낮은 범위 내에서 제어할 수 있어 소재 비용량 계산의 정확성을 보장합니다.
분리막 성능 비교 연구에서는 공기 투과도 및 기계적 강도와 같은 분리막 성능을 코인 셀 시험을 통해 간접적으로 평가해야 하며, 분리막의 치수 일관성은 시험 결과의 반복성에 직접적인 영향을 미칩니다. 정밀 펀칭기로 가공된 분리막 원형 디스크는 각 시험에서 분리막의 면적과 가장자리 상태가 일관되도록 보장하여 실험 데이터의 비교성을 향상시킵니다.
4. 장비 사용 시 주의사항 및 유지관리 제안
4.1 사용상의 주의사항
장비 사용 시 재료 두께를 엄격히 관리해야 하며, 장비에 지정된 펀칭 두께 범위를 준수해야 합니다. 금속 호일이 두께 상한선을 초과하는 경우, 강제 펀칭 시 펀치 변형 및 다이 손상이 발생할 수 있습니다. 분리막이 너무 얇은 경우, 펀칭 후 분리막이 펀치에 달라붙는 것을 방지하기 위해 재료 아래에 얇은 종이 층을 깔아야 합니다.
글러브 박스 내부에서 장비를 사용할 때는 장비가 글러브 박스 내벽과 충돌하여 슬라이드 레일이 이탈되는 것을 방지하기 위해 전환 챔버를 통해 글러브 박스에 천천히 넣어야 합니다. 또한, 글러브 박스 내부의 불활성 가스 분위기는 장비 슬라이드 레일의 윤활성을 저하시킬 수 있습니다. 슬라이드 레일에 소량의 진공 그리스를 정기적으로 도포하여 매끄럽게 유지할 수 있습니다.
매 사용 후, 에탄올에 적신 먼지 없는 천으로 다이 표면을 닦아 잔류 전극 물질이나 분리막 이물질을 제거해야 이물질 축적으로 인한 펀칭 정밀도 저하를 방지할 수 있습니다. 다이를 장기간 사용하지 않을 경우, 녹이나 먼지 오염을 방지하기 위해 건조한 상자에 보관해야 합니다.
4.2 유지 관리 제안
장비의 정밀도는 6개월마다 교정하는 것이 좋습니다. 표준 게이지 블록을 사용하여 다이의 실제 펀칭 크기를 측정합니다. 치수 편차가 지정된 범위를 초과하는 경우, 펀치와 다이 사이의 위치 핀을 조정하거나 제조업체에 연락하여 전문적인 교정을 받아야 합니다.
슬라이드 레일 표면은 매달 먼지와 불순물을 청소해야 하며, 슬라이드 레일의 건조로 인한 마모를 방지하기 위해 소량의 특수 슬라이드 레일 윤활유를 바르십시오. 슬라이드 레일이 끼어 있는 경우 즉시 사용을 중단하고 이물질이 끼어 있는지 또는 슬라이드 레일이 변형되었는지 확인해야 합니다.
장비의 펀치와 다이는 마모 부품입니다. 장기간 사용 시 절삭날이 마모되어 펀칭된 원형 디스크 가장자리에 버(규석)가 발생할 수 있습니다. 가공 정밀도를 보장하기 위해 펀칭 횟수에 따라 펀치와 다이를 정기적으로 교체하는 것이 좋습니다.
