1. 개 요

히오키 전기는 1935년 일본에서 설립되어 전기 계측기 분야에서 지속적인 기술 개발을 통해 글로벌 시장을 선도해 왔다. 전기·전자·자동차·에너지 분야를 비롯한 다양한 산업에서 폭넓게 활용되는 계측 솔루션을 제공하고 있으며, 2012년에는 한국 현지 법인인 히오키코리아를 설립하여 국내 고객과 긴밀한 협력 체계를 구축해 왔다. 현재는 중국, 독일, 미국, 인도 등 글로벌 네트워크를 통해 고도화된 기술을 제공하고 있다.

최근 전기차 수요 증가, 에너지 저장 시스템(ESS) 확산, 탄소중립 정책 등으로 인해 이차전지 산업은 급격한 성장을 이어가고 있다. 이에 따라 배터리 제조에서의 공정 정밀도와 품질 신뢰성 확보가 기업 경쟁력의 핵심 요소로 부각되고 있으며, 특히 전극의 균일성, 용접부의 결함 검출, 셀 단위의 전기적 특성 평가 등 고정밀 계측에 대한 수요가 증가하고 있다.

히오키의 정밀 계측기는 국내외 주요 배터리 제조 대기업의 생산 공정에 폭넓게 도입되고 있으며, 공정 자동화 라인에 통합되어 생산성과 품질 안정성을 동시에 확보하고 있다. 또 연구개발(R&D) 단계에서도 히오키의 계측기는 핵심 데이터 기반 품질 설계에 기여하고 있다. 본고에서는 배터리 제조 공정에 적용되는 히오키의 계측 솔루션에 대해 소개한다.

2. 배터리 제조 공정과 계측 솔루션

히오키에서는 배터리 제조 공정별로 최적화된 제품군을 구성한다. (그림 1, 표 1 참조)

3. 솔루션 소개 및 기술적 특징

1) 분체 임피던스 측정 시스템 ‘SA2653’
배터리 개발의 초기 단계인 전지 재료의 분체 연구에 사용되는 분체 임피던스 측정 시스템인 ‘SA26 53’(그림 2)은 분체를 프레싱하면서 임피던스, 두께, 압력을 동시에 측정할 수 있는 고정밀 계측기이다. 글러브 박스 내부에서도 사용할 수 있도록 콤팩트한 구조로 설계되었으며, 황화물계 소재에 최적화된 설계를 통해 유해 가스 노출 위험이 없는 안전한 작업 환경을 제공한다. 기기를 통해 소재의 저항 특성을 정량적으로 파악할 수 있고, 공정 최적화와 소재 품질 개선에 기여할 수 있다.

2) 슬러리 해석 시스템
슬러리 단계에서는 분산 균일성 확보가 전극 품질에 결정적인 영향을 미친다. 히오키의 슬러리 해석 시스템(그림 3)은 슬러리 내 입자의 분산 특성과 점도 변화 등을 독자적인 파라미터(직류저항 DCR, 저항비율 Rratio, 균일성 Uniformity)로 정량적으로 분석할 수 있다. 혼합 조건과 레시피 최적화를 지원하는 강력한 도구로 활용되며, 불균일 혼합으로 인한 품질 이슈를 사전에 예방할 수 있다. 결과적으로, 신뢰성 높은 전극 생산이 가능하다.

3) 전극 저항 측정 시스템 ‘RM2610’
전극 시트 공정에서는 합재층의 균일성과 계면 접촉 품질이 셀 성능에 직접적인 영향을 미친다. 전극 저항 측정 시스템 ‘RM2610’(그림 4)은 리튬 이온 전지 전극 시트의 합재층 체적 저항률과 계면 저항을 분리하여 정량적으로 측정할 수 있는 세계 최초의 계측기로, 재료 종류·조성·제조 조건에 따른 전극 상태를 정밀하게 분석할 수 있다. 또한 유한체적법 기반의 전위 분포 역해석 방식을 적용하여 전극 내부 저항 분포를 해석함으로써, 공정 초기에 발생할 수 있는 품질 불량 요소를 사전에 검출할 수 있다. 전극 품질 향상 및 공정 최적화에 기여하며, 연구개발 단계는 물론 양산 공정에서도 활용이 가능하다.

4) 대용량 배터리의 고정밀 OCV/IR 검사용 배터리 테스터 
배터리의 대용량화 및 고성능화에 따라 셀 성능 평가에는 더 높은 정밀도가 요구된다. 셀 성능 평가의 핵심 항목인 OCV(개회로 전압)나 IR(내부저항) 계측에서는 배터리 용량이 커질수록 정밀도가 높아야 한다. 출하 검사 공정에서는 OCV와 IR을 고정밀로 측정해 전지의 전기적 품질을 최종적으로 평가하는 과정이 중요하다. 배터리 테스터 ‘BT6065/BT6075’는 HIOKI 배터리 테스터의 최상위 모델로, 차세대 대용량 배터리팩에 필요한 고정밀 검사를 실현한다. 특히 BT6075는 10nΩ 수준의 저항과 1μV 단위의 전압 측정이 가능하며, ΩV 동시 측정 기능(그림 6)으로 최단 12ms의 검사 시간을 실현하여 생산 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. BT6065/BT6075는 계측 에러를 일으키는 배선 열화의 상시 감시나 여러 전지를 검사할 때의 개체 간 오차 보정 등, 검사 중 발생할 수 있는 트러블을 사전에 방지하기 위한 다양한 기능을 갖추고 있다. 생산설비의 가동 정지로 이어질 수 있는 트러블을 미연에 방지하고, 수리에 드는 시간이나 비용을 최소화하며, 검사 시스템 전체의 효율화와 신뢰성을 크게 향상시킨다. MIR(Mutual Interference Reduction) 모드(그림 7)는 복수 측정 시 발생할 수 있는 상호 간섭을 최소화하고, 레퍼런스 조정 기능을 통해 인접 셀 간 와전류의 영향을 정확하게 보정한다. 경로 저항 모니터링 기능(그림 5)은 측정 프로브의 열화나 접촉 상태를 실시간으로 확인할 수 있기 때문에 장치의 유지보수나 안정된 검사 품질 확보에도 유리하다.
 

5) 액티브 임피던스 계측 시스템 ‘ALDAS’
ALDAS(Active Line Device Analysis System)는 연료전지 및 수전해 셀 등 실 가동 상태에서 임피던스를 측정하는 새로운 개념의 시스템이다. 작동 중인 셀 특성을 정밀하게 분석할 수 있으며, 기존 계측기가 포착하지 못했던 실제 운전 중의 전기화학 반응 특성을 반영함으로써 제품 개발 및 평가의 신뢰도를 한층 높여준다. 무엇보다 수소경제와 고출력 셀 응용 분야에서 핵심적인 역할을 수행할 수 있는 차세대 솔루션이며, 수소 에너지 사회 구현을 위한 연구개발에 기여할 수 있다.

4. 마지막으로

히오키코리아는 배터리 산업의 품질과 효율 향상을 위한 계측 기술 고도화에 앞장서고 있으며, 국내외 배터리 제조 고객사와의 협력을 통해 배터리의 생산성 향상과 품질 향상에 공헌한다.

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