저는 생산기술의 측면에서 화성공정을 다룬 내용을 정리한다. 화성공정은 물성의 변화보다 화학적 성질이 바뀌는 공정이라서 충방전, 특히 첫 충전이 매우 중요하다. 첫 충전 시 형성되는 SEI(고체전자전해질계면) 막이 얇고 균일하며 튼튼하게 잘 형성될수록 배터리 성능이 크게 좌우된다. 이 부분은 화학과 관련이 깊지만, 나는 화학 지식이 많지 않아도 이해할 수 있도록 핵심을 정리한다. SEI와 비슷한 CEI(양극전해질계면)도 존재하는데, 실제로는 SEI에 더 공들여 집중하는 경향이 있다. SEI와 CEI의 위치는 음극 표면과 양극 표면에서 각각 형성되며, 형성 시기는 주로 첫 충전 시와 관계된다. 형성의 주요 원인은 전해액의 환원·분해와 전해액의 산화 분해이며, 이 과정은 배터리의 수명과 안전성에 결정적인 영향을 미친다. 특히 고전압 환경에서 양극 구조의 안정성에도 중요한 역할을 한다. SEI가 첫 충전 때 한 번에 잘 만들어져야 배터리 전체 수명의 80% 이상이 결정될 정도로 중요하다고 본다.
생산설비 측면으로 넘어가면, 양산용과 연구용 설비가 구분되고 둘 다 온도 조절을 위한 챔버 설비가 별도로 있다. 생산용과 연구용의 차이는 전압의 크기로 크게 구분되며, 세부적으로는 고도화된 기능이나 옵션들로 차이가 난다. 충방전 방식은 크게 세 가지로 정리할 수 있다. 제어 가능한 요소로는 전압 V, 전류 I, 전력 P가 있는데, 배터리는 DC이므로 이 세 가지로만 제어가 가능하다. 즉, 일정한 전압으로 충전하는 CV, 일정한 전류로 충전하는 CC, 그리고 일정한 전력으로 조절하는 CP가 있다. 방전도 동일한 원칙으로 작동한다. 내가 몸담았던 현장에는 충전과 압축을 한 번에 진행하는 설비도 있었지만, 큰 맥락은 충방전 설비의 일반성에 두고 설명한다. 세부적으로는 SOC에 따른 충전전류 등을 조절하기 위해 BMS와 통신하고, 이때 CAN 통신을 통해 BMS와 충방전기 간의 정보 교환이 이뤄진다는 점을 강조한다. CAN 통신과 BMS의 구체적 동작은 이후 포스팅에서 더 자세히 다루기로 한다.
