2차전지 스택(스태킹) 장비 원리, 공정, 기술

 

2차전지 스택(스태킹) 장비는 차세대 배터리 산업의 핵심 공정으로, 배터리의 성능, 안정성, 생산 효율을 좌우하는 첨단 자동화 설비입니다. 본 포스팅에서는 스택 장비의 개념부터 적층 원리, 공정 단계, 대표 기술, 주요 기업, 시장 동향, 투자 포인트까지  꼼꼼하게 안내합니다.

2차전지 스택(스태킹) 장비란?

스택(스태킹) 장비는 2차전지의 양극, 음극, 분리막을 정밀하게 하나씩 쌓아올려 셀을 만드는 자동화 장비입니다. 이 적층 공정은 배터리의 용량, 출력, 안전성에 직접적으로 영향을 미치며, 파우치형·각형·원통형 등 다양한 셀 타입에 적용됩니다.

• 양극판, 음극판, 분리막을 순차적으로 정렬·적층
• 정밀한 자동화 시스템으로 고속·고정밀 적층
• 적층 후 압착·정렬·검사까지 일괄 처리
• 파우치형, 각형, 원통형 등 다양한 셀 구조 지원

2차전지 제조 공정과 스택 장비의 위치

• 전극 공정: 믹싱 → 코팅 → 프레스 → 슬리팅 → 노칭
• 조립 공정: 스택(적층) → 탭 용접 → 패키징 → 가스 제거
• 활성화 공정: 충방전, 포메이션 등

스택 장비는 조립 공정의 핵심으로, 셀의 구조와 품질을 결정짓는 가장 중요한 단계 중 하나입니다.

스택(적층) 공정의 원리와 단계

1. 전극 및 분리막 준비: 양극, 음극, 분리막을 개별적으로 준비
2. 정렬 및 공급: 전극과 분리막을 자동 얼라인(align)하여 공급
3. 적층(스태킹): 양극-분리막-음극-분리막 순서로 반복 적층
4. 압착 및 정렬: 적층된 셀을 압착하여 밀착 및 정렬 상태 확인
5. 검사 및 품질 관리: 적층 불량(주름, 오정렬 등) 실시간 감지 및 교정

"스택 장비는 전극과 분리막을 순차적으로 정렬·적층하여, 고용량·고출력·고안전성 배터리 셀을 생산하는 데 핵심적인 역할을 합니다."

스택 장비의 주요 기능과 특징

• 정밀 적층: ±0.1mm 이하의 정밀도로 전극과 분리막 적층
• 고속 자동화: 분당 수십~수백장의 적층, 대량 생산 대응
• 실시간 품질 검사: 비전 검사, 센서 등으로 불량 감지
• 다양한 셀 타입 지원: 파우치, 각형, 원통형 등
• 공정 유연성: 셀 크기·두께·형상에 맞춘 유연한 공정 설계
• 불량 자동 배출: 적층 불량 시 자동 분리 및 재작업
• MES/스마트팩토리 연동: 생산 데이터 실시간 관리

스택 공정의 기술 트렌드

• Z-스태킹(Z-Stacking): 전극과 분리막을 지그재그로 교차 적층, 각형·파우치형에 주로 적용. 삼성SDI, SK온 등 채택.
• 라미네이션&폴딩(Lamination & Folding): Bi-cell 단위로 쌓은 후 분리막을 접어가며 적층, LG에너지솔루션 등 채택.
• 고속·고정밀 자동화: AI, 비전 검사, 로봇 핸들링 등 첨단 자동화 기술 적용
• 초박막·대형 셀 대응: 전기차, ESS 등 대형 배터리 수요에 맞춘 설계
• 스마트팩토리 연계: 생산·품질 데이터 실시간 분석, 불량 예측

스택 장비의 중요성

• 성능 향상: 정밀 적층으로 셀의 용량, 출력, 수명 극대화
• 안정성 강화: 균일 적층 구조로 과열, 단락 등 위험 최소화
• 생산 효율성: 자동화로 대량 생산 및 인건비 절감
• 품질 관리: 불량률 최소화, 전수 검사로 신뢰성 확보

대표 스태킹(스택) 방식 비교

Z-스태킹	전극·분리막을 지그재그로 교차 적층 고밀도, 안정성↑, 생산성↓	삼성SDI, SK온
라미네이션&폴딩	Bi-cell 단위로 쌓은 후 분리막을 접으면서 적층 에너지 밀도↑, 생산성↑	LG에너지솔루션

Z-스태킹은 각형·파우치형에 주로 적용되며, 라미네이션&폴딩은 LG화학의 독자 기술로 고밀도·고생산성에 적합합니다.

스택 장비의 구조와 특허 기술

• 양극·음극 얼라인 공급부: 전극을 정렬·공급
• 분리막 공급부: 전극 사이에 분리막 삽입
• 스태킹 유닛: 전극과 분리막을 순차적으로 적층
• 전극 전달 유닛: 각 공급부와 스태킹 유닛 사이 소재 이송
• 컨트롤러: 전체 공정 동기화 및 불량 감지·제어
• 압착 및 정렬 시스템: 적층 후 셀을 압착·정렬
• 비전 검사·센서: 적층 불량 실시간 감지 및 자동 배출

대표 스택 장비 기업

• 국내: 나인테크(LG에너지솔루션 라미네이션&폴딩 독점), 필옵틱스, 디에이테크놀로지, 우원기술, 피엔티 등
• 해외: 리드차이나(선도지능장비), 잉허과기 등
• 삼성SDI, SK온: Z-스태킹 방식 주력, LG에너지솔루션: 라미네이션&폴딩 방식 주력

스택 장비 시장 동향 및 성장성

• 전기차·ESS 시장 성장에 따라 대형·고밀도 셀 수요 폭증
• 자동화·고정밀 스택 장비 수요 급증, 글로벌 CAPA 증설 본격화
• 국내 장비업체, 기술력·납품 실적 기반 글로벌 시장 선점
• 스마트팩토리, AI 품질관리 등 첨단 기술 접목 가속화
• 유럽·북미 등 현지 배터리 공장 증설에 따른 수주 확대 기대

스택 장비 도입 시 체크포인트

• 적층 정밀도·속도, 불량률, 자동화 수준
• 다양한 셀 타입 대응성(파우치, 각형, 원통형 등)
• 공정 유연성, 유지보수 편의성, 품질 검사 시스템
• 스마트팩토리·MES 연동 가능 여부
• 납품 실적, A/S, 기술지원 등 기업 신뢰도

스택 장비 관련 Q&A

Q1. 스택(스태킹) 장비란 무엇인가요?

양극, 음극, 분리막을 정밀하게 쌓아올려 셀을 만드는 자동화 장비로, 2차전지 성능과 품질을 좌우하는 핵심 설비입니다.

Q2. Z-스태킹과 라미네이션&폴딩 방식의 차이는?

Z-스태킹은 전극과 분리막을 지그재그로 교차 적층하는 방식, 라미네이션&폴딩은 Bi-cell 단위로 쌓은 후 분리막을 접으면서 적층하는 방식입니다. 에너지 밀도, 생산성, 적용 셀 타입에 차이가 있습니다.

Q3. 대표 스택 장비 기업은?

국내에는 나인테크, 필옵틱스, 디에이테크놀로지, 우원기술 등이 있습니다. 해외에는 리드차이나, 잉허과기 등이 있습니다.

Q4. 스택 장비 시장 전망은?

전기차, ESS 등 대형 배터리 시장 성장과 함께 고속·고정밀 자동화 스택 장비 수요가 급증하고 있습니다. 글로벌 배터리 공장 증설에 따라 국내 장비업체의 수주 확대가 기대됩니다.

마무리: 2차전지 스택(스태킹) 장비, 미래 배터리 산업의 심장

2차전지 스택 장비는 배터리의 성능, 품질, 생산성을 좌우하는 핵심 설비입니다. Z-스태킹, 라미네이션&폴딩 등 다양한 기술이 적용되며, 자동화·고정밀·스마트팩토리 연계 등 첨단 기술이 빠르게 도입되고 있습니다. 장비 도입 시에는 정밀도, 생산성, 품질관리, 기업 신뢰도 등을 꼼꼼히 따져보는 것이 중요합니다.