리튬 이온 배터리

특성이 잘 규명된 고품질 베터리 소재로 최적의 베터리 성능을 보장합니다.

리튬 이온 배터리의 연구, 개발, 활용은 전세계에서 가장 빠르게 성장하는 산업 분야입니다. 심장박동기, 드론, 자동차, 이제는 비행기까지 다양한 제품이 배터리 전원을 이용합니다. 배터리의 안전성과 강력함, 신뢰성을 확보하는 것이 그 어느 때보다 중요해졌습니다.

하지만 배터리의 안전성과 성능, 수명은 배터리를 구성하는 재료에 따라 결정됩니다. 특히 전극과 분리막, 전해액은 생산 시설에 반입해서 완제품에 통합될 때까지 완전한 특성화와 모니터링이 필요합니다.

측정해야 하는 변수에는 전극 표면적, 결정 구조, 입자 및 결정 크리, 기공 크기, 전극 슬러리 흐름 및 경화 특성, 분리기 기공 크기 및 구조 특성, 전해질 점도, 밀도 및 인화점이 포함됩니다.

반드시 읽어야 할 Anton Paar 전자책: "배터리 재료 특성화를 위한 현장 가이드"

우수한 배터리 재료는 최상의 성능을 발휘하는 배터리에 힘을 실어줍니다. 이 전자책은실제 측정 데이터를 포함하고 있어 전극과 슬러리, 분리막, 전해액에서 필수 리튬 이온 배터리 재료를 특성화하는 방법을 알 수 있습니다. 이를 통해 귀사의 배터리가 경쟁에서 두각을 나타내도록 합니다.

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고체 전극 재료

리튬 이온 배터리의 전극 (음극 및 양극)은 이온의 전달에 중요한 역할을 하며 효율적인 에너지 전달을 위한 핵심입니다. 이 전극은 압축된 입자 물질로 구성됩니다. 이러한 물질의 화학적 조성과 물리적 특성은 배터리의 성능과 수명, 안전성에 중요한 영향을 미치며, 이는 배터리의 용도에 맞는 설계 최적화를 유도합니다.

표면적, 입자 크기, 결정 크기 및 모양, 기공 크기와 같은 전극 재료의 물리적 특성은 단일 셀 내에 전하 교환에 직접적인 영향이 있습니다. 결정 구조, 고체 및 골밀도, 전극 물질 입자의 제타 전위와 같은 기타 물리적 속성은 베터리의 내부 전도성에 중요한 역할을 합니다. 또한 배터리의 내구성은 전극 코팅의 품질 뿐만 아니라 전극 자체의 접착력과도 관련이 있습니다. 이는 정량화할 수 있는 스크래치 테스트를 통해 정확히 평가할 수 있습니다.

전극 재료 개발의 또 다른 핵심 단계는 중금속 오염을 테스트하는 것입니다. 산 분해는 중금속 분석을 위한 초기 시료 준비 단계입니다.

XRD 또는 SAXS와 같은 방법을 사용하면 충전 및 방전 프로세스 동안의 변화를 모니터링하기 위해 완전한 배터리 어셈블리의 연산에서 전극 재료의 특성을 특성화할 수도 있습니다.

전극 슬러리

양극 및 음극 슬러리의 혼합과 코팅 공정의 적절한 설계 및 개발은 배터리 성능을 위해 필수적인 부분입니다. 슬러리의 밀도와 점도, 점탄성, 요변성과 같은 매개변수를 알면 조성과 일관성을 파악하고 제어하는 정보를 얻을 수 있습니다. 혼합 시 균질성을 달성하는데 필요한 시간과 속도, 온도를 결정하여 불필요한 교반을 피할 수 있습니다. 더 나은 펌핑을 위해 적절한 펌프를 선택하거나 배합을 조정할 때 전단 속도 종속 점더 및 항복점을 조사해야 합니다. 코팅 공정 중에 구조적 회복을 측정하여 좋은 표면 평탄도를 모니터링할 수 있습니다.

저장 중인 슬러리는 침전되지 않아야 하며 점탄성 시험 및 제타 전위 측정을 통해 획득된 균질성을 유지해야 합니다. 또한 슬러리 입자의 표면적은 배합 및 거동과 직접적인 관계가 있으며 이 매개변수를 아는 것이 재료 비용을 줄이고 일관적인 품질을 확보하는데 도움이 됩니다.

분리막 및 집전 장치

리튬 이온 배터리의 분리막은 얇은 다공성 막으로써 양극과 음극 사이의 이온이 흐르도록 하는 한편 단락을 방지하여 배터리 기능을 유지하는데 중요한 역할을 합니다. 분리막은 기계적으로 견고하고 배터리 활성 상태에서 안정적이어야 하며 다른 셀 재료에 불활성이어야 합니다. 동시에 이온 수송이 가능할 정도로 다공성이어야 합니다. 

분리막의 관통 구멍 크기는 최적의 배터리 성능을 확보하는 핵심 매개변수입니다. 기공은 분리막에서 덴드라이트가 형성되지 않고 단락이 발생하지 않도록 작아야 하지만, 양극과 음극 사이의 이온 흐름을 촉진할 수 있을만큼 커야 합니다. 또한 큰 기공이나 핀 홀은 단락을 유발할 수 있으므로 차단하고 방지해야 합니다. 

분리막의 다른 중요한 매개변수로는 기계적 강도와 구조적 특성이 있습니다. 특히 조립 시 파열이나 찢어짐, 조립 후 처짐을 방지하기 위해 필요한 분리막의 사전 장력을 측정하는 것이 중요합니다. 

전해액

리튬 이온 배터리의 전해액은 양극과 음극 사이의 전하 이동을 가능하게 하여 배터리 기능을 유지하는데 중요한 역할을 합니다. 전해액은 또한 양극과 음극 표면을 안정화하고 배터리 수명을 연장합니다. 전해액, 특히 밀도와 점도의 철저한 물리적 특성화는 전도성, 적절한 습윤 및 충전을 확보하는데 중요합니다. 

전해액의 점도는 배터리 출력 유지와 배터리 주입 공정 최적화에 중요한 역할을 합니다. 전해액 용매의 품질과 염분 용해 및 농도 역시 배터리 성능에서 중요한 요소입니다. 전해액의 밀도와 굴절률 측정은 적절한 용매 품질과 염분 용해 및 농도를 확보하는 빠르고 정확한 품질 관리 방법입니다. 

리튬 이온 전해액의 다른 중요한 특징으로는 발화점이 있습니다. 이 매개변수를 정확히 측정하는 것이 배터리의 열 안전성을 확보하는 핵심입니다.


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