리튬이온배터리나 기타 배터리를 연구하는 연구원중에 코인셀(Coin cell)을 만들어보지 않은 사람은 없을 것이다. 배터리의 현상을 규명하거나 간단히 실험할 수 있는 장점 때문에 코인셀은 배터리를 연구하는 필수적인 실험방법이다. 현재, 가로가 2cm 두께가 3.2mm인 2032코인셀이 많이 사용되고 있다. 또한 코인셀은 작은 크기로 제작되기 때문에 실제 양산되는 파우치셀에 비해 원가, 공간등 가격을 절감할 수 있는 장점이 있다.
1. 준비물 및 코인셀(Coin cell) 부품 역할
재료 : 양극(Cathode), 음극(Anode), 분리막(Separator), 전해액(Electrolyte)
부품 : Bottom(1), Gasket(2), Top(3), Spacer(4), Spring(5) (사진 순서대로)
기기 : Crimper
크게 제품과 부품 두분류로 분류하며 각 부품이 어떤 역할을 하는지 알아야 할 필요가 있다.
- Bottom & Cap : 말그대로 코인셀의 덮개이다.
- Gasket : 코인셀을 조립하였을 시, 전해액이 누수되는 것을 방지하는 역할을 한다.
- Spacer : 부품 중 두께가 가장 두꺼우며 Spacer를 이용하여 양극/음극/분리막이 잘 밀착하게 도와주는 역할을 한다.
- Spring : Spacer 위에 위치하여 코인셀 조립시 빈 공간을 채워주는 역할을 한다.
- Crimper : 코인셀 조립 후 높은 압력을 줘서 전해액 Leak를 방지하는데 사용되는 기기
2. 코인셀(Coin cell) 조립순서 및 조립방법
아래 그림은 리튬이온배터리 관련 논문에서 가져온 그림이다. 코인셀 조립방법은 아래 그림을 참고하여 테이블에 기재된 순서와 같다.
| 1. Bottom 정렬 | Bottom 부품을 깔고 정가운데에 양극을 올려놓는다. |
| 2. 분리막 | 분리막을 양극위에 덮어 포갠다. |
| 3. Gasket | Gasket을 분리막위에 올린다. |
| 4. 전해액 주입 | Micropipet을 이용하여 전해액을 주입하여 분리막을 젖게한다. |
| 5. 음극 정렬 | 음극을 분리막 위에 올린다. (양극을 완전히 포개기) |
| 6. Spacer | Spacer를 음극위에 포갠 뒤, 트위저를 이용하여 눌러 기포를 제거한다. |
| 7. Spring | Spring을 정가운데에 놓는다. |
| 8. Cap | Cap을 사용하여 Spring위를 눌러 코인셀을 압축시켜 조립한다. |
| 9. Crimping | Crimper 기기를 사용하여 코인셀을 다시한번 압축시켜 전해액 누수를 방지한다. |
| 10. 전해액 Aging | 전해액이 각 전극의 내부 사이로 스며들기 위해 24시간 상온에서 Aging 시킨다. |
| 11. 평가 | 배터리 사이클러를 이용하여 평가 |
3. 코인셀(Coin cell) 조립 시 주의해야할 점
코인셀의 단점은 코인셀을 제조하였을 경우, 사람이 직접 제조하기 때문에 용량에 대한 편차가 매우 크다는 것이다. 대표적인 문제는 전극의 정렬이 잘 맞지 않기 때문이다. 양극과 음극의 정렬이 잘 되지 않기 때문에 용량발현이 제대로 되지 않는 문제가 발생한다. 따라서 각 전극의 정렬은 실험시에 꼭 신경써서 진행해야한다.
아래 첨부한 링크의 동영상은 코인셀을 제조하는 전반적인 과정을 나타내는 동영상이다. 해당 영상을 보면 좀 더 코인셀 제작을 이해하는데 도움이 될 것이라 생각된다.
https://www.youtube.com/watch?v=-ppI1xCXL_4
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