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📚 각형 배터리(Prismatic Cell)란 무엇인가?

⏱️ 30초 요약

각형 배터리(Prismatic Cell)는 전극 조립체를 사각형 금속 케이스에 넣어 만든 리튬이온 배터리이다. 공간 활용도가 높고 셀 하나의 용량을 크게 만들 수 있어 전기차와 ESS에 널리 적용된다.

📑 목차

• 각형 배터리란?
• 기본 구조
• 전극 조립 방식
• 작동 원리
• 장점과 단점
• 적용 분야
• 주요 검사 항목
• HJON 실무 TIP

📖 개요

리튬이온 배터리 셀은 외형에 따라 원통형(Cylindrical), 각형(Prismatic), 파우치형(Pouch)으로 구분된다.

각형 배터리는 사각형 알루미늄 또는 금속 케이스를 사용한다. 셀을 나란히 배치하기 쉬워 배터리 모듈과 팩 내부의 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.

또한 셀 하나의 크기와 용량을 크게 설계할 수 있어 필요한 셀 수와 전기 연결부품을 줄이는 데 유리하다.

✅ 정의

각형 배터리(Prismatic Cell)는 양극, 음극, 분리막으로 구성된 전극 조립체를 사각형 금속 케이스에 넣고 전해액을 주입한 리튬이온 배터리이다.

전극 조립체는 제품 설계에 따라 다음 방식으로 제작된다.

• 권취형(Winding)
• 적층형(Stacking)

각형 셀은 구조적 강성과 공간 효율성이 높아 전기차용 대형 배터리에 많이 사용된다.

🏗️ 기본 구조

일반적인 각형 배터리는 다음과 같이 구성된다.

• 🔋 양극(Cathode)
• ⚫ 음극(Anode)
• 🧻 분리막(Separator)
• 💧 전해액(Electrolyte)
• 📚 전극 조립체(Electrode Assembly)
• 🛡️ 금속 케이스(Can)
• ➕ 양극 단자
• ➖ 음극 단자
• 🔝 Top Cover
• 💨 Safety Vent
• 🔒 Sealing Plug
• 🧱 절연부품(Insulation Parts)

금속 케이스는 외부 충격으로부터 전극 조립체를 보호하고 셀의 형태를 유지한다.

🧩 전극 조립 방식

권취형(Winding)

양극, 분리막, 음극을 겹친 후 감아서 전극 조립체를 만드는 방식이다.

생산속도가 빠르고 대량생산에 유리하지만, 사각형 케이스 내부에 빈 공간이 발생할 수 있다.

적층형(Stacking)

양극, 분리막, 음극을 일정한 크기로 절단하여 여러 층으로 쌓는 방식이다.

공간 활용도와 전극 정렬성이 우수하지만 공정이 복잡하고 정밀한 위치제어가 필요하다.

⚙️ 작동 원리

충전할 때 리튬이온은 양극에서 분리되어 전해액과 분리막을 통과한 뒤 음극으로 이동한다.

방전할 때는 리튬이온이 음극에서 양극으로 돌아가며, 전자는 외부 회로를 통해 이동하여 전기에너지를 공급한다.

각형이라는 외형만 다를 뿐 기본적인 충전 및 방전 원리는 다른 리튬이온 배터리와 같다.

👍 장점

• 사각형 구조로 공간 활용도가 높다.
• 셀 하나의 용량을 크게 만들 수 있다.
• 모듈과 팩 구성에 필요한 셀 수를 줄일 수 있다.
• 금속 케이스로 구조적 강성이 높다.
• 외부 충격과 진동에 비교적 강하다.
• 셀 배치와 고정이 용이하다.

👎 단점

• 셀 크기가 커질수록 내부 온도 편차가 발생할 수 있다.
• 충·방전 과정에서 셀이 팽창할 수 있다.
• 냉각 시스템 설계가 중요하다.
• 셀 설계와 생산설비 변경이 어렵다.
• 제품별 규격이 달라 생산라인의 범용성이 낮을 수 있다.
• 불량 셀 발생 시 교체 비용이 커질 수 있다.

🏭 적용 분야

• 전기자동차(EV)
• 하이브리드 자동차(HEV)
• 전기버스
• 전기트럭
• ESS(Energy Storage System)
• 산업용 에너지저장장치
• 선박용 배터리 시스템

🧪 주요 검사 항목

각형 배터리 생산 후에는 일반적으로 다음 항목을 검사한다.

• ✔️ 외관검사
• ✔️ 치수검사
• ✔️ 용접 품질검사
• ✔️ Leak Test
• ✔️ OCV 검사
• ✔️ IR 검사
• ✔️ 셀 두께검사
• ✔️ 전압 및 용량검사
• ✔️ 절연검사
• ✔️ Safety Vent 검사

Formation과 Aging 이후에는 OCV와 내부저항 변화를 측정하여 내부 단락과 셀 품질 이상을 확인한다.

⚠️ 현장에서 자주 발생하는 문제

• 셀 두께 증가 및 팽창
• Top Cover 용접 불량
• 전해액 누설
• Sealing Plug 용접 불량
• 전극 정렬 불량
• 탭(Tab) 용접 불량
• 외관 찍힘과 변형
• OCV 편차
• IR 편차
• 절연 불량
• Safety Vent 손상

각형 셀은 외형 치수와 평탄도가 모듈 조립 품질에 직접적인 영향을 주기 때문에 Vision Inspection과 치수검사가 중요하다.

💡 HJON 실무 TIP

각형 배터리는 공간 활용도가 높지만 충·방전과 Aging 과정에서 셀 두께가 변할 수 있다.

셀 두께와 평탄도가 기준을 벗어나면 모듈 적재, 압착, Bus Bar 용접 및 냉각부품 조립 과정에서 문제가 발생할 수 있다.

현장에서는 셀 외관, 두께, 평탄도, OCV, IR, Leak Test 결과를 함께 확인해야 하며, 특히 셀 팽창량과 모듈 압착 조건을 정확히 관리하는 것이 중요하다.

📚 함께 보면 좋은 문서

• 배터리 셀(Cell)이란 무엇인가?
• 원통형 배터리(Cylindrical Cell)란 무엇인가?
• 파우치형 배터리(Pouch Cell)란 무엇인가?
• 전극 적층(Stacking)이란 무엇인가?
• Formation 공정이란 무엇인가?
• Aging 공정이란 무엇인가?

🔎 관련 키워드

Prismatic Cell, 각형 배터리, Winding, Stacking, Electrode Assembly, Aluminum Can, Top Cover, Safety Vent, OCV, Internal Resistance, Cell Swelling, Leak Test

ℹ️ HJON Info

📌 영문명
Prismatic Cell

📌 한글명
각형 배터리

📌 분야
배터리 셀 제조

📌 주요 구조
전극 조립체, 금속 케이스, Top Cover, 전극 단자, Safety Vent

📌 주요 공정
Winding 또는 Stacking → Assembly → Electrolyte Filling → Formation → Aging → Inspection

📌 관련 설비
Winder, Stacking Machine, Laser Welder, Electrolyte Filling Machine, Leak Tester, OCV·IR Tester, Vision Inspection

📌 난이도
★★☆☆☆ (입문)

📌 중요도
★★★★★