insight3631 님의 블로그

전극 공정 중 코팅까지 한 뒤 후속 공정코팅과 건조를 마친 전극은 이후 롤프레싱, 슬리팅과 노칭, 진공 건조 공정을 거친다. 이를 전극 제조의 후속 공정이라고도 부른다. 후속 공정까지 마친 뒤에야 전극 제조가 완료되고, 그 이후 배터리로 조립되고, 활성화되며, 이후 모듈 내지 팩으로 만들어진다. 3. 롤 프레싱 (Roll Pressing)롤 프레싱(roll pressing)은 압연이라고도 불리는데, 2개의 롤 사이로 전극을 넣어 압력을 가해 두께를 줄이고 결착력을 증대시키는 과정이다. 이때, 금속박 압연 등과는 달리, 전극 압연은 길이는 변하지 않고 두께만 줄어든다. 이 과정을 통해 전극 표면은 편평하고, 두께는 얇아진다.  압연기는 보통 동작롤 (working roll)과 지원롤(back-up roll..

2. 코팅 (Coating)믹싱을 마친 슬러리를 집전체라는 금속판의 양면에 코팅해 전극이 만들어진다. 이때, 균일한 코팅은 전극의 품질을 좌우한다. 주로 생산되는 습식 전극을 기준으로, 믹싱 공정을 통해 생산된 슬러리가 코터를 통해 집전체 위에 도포된 후, 건조된다. 그렇게 코팅된 전극은 이후 롤프레싱과 슬리팅/노칭 과정을 거친다.  2.1. 설계 변수2.1.1. 집전체양극 (Al): 높은 전위에서도 전기화학적 반응이 안정적이고 전기 전도성이 좋은 Al 포일음극 (Cu): 탄소 전극의 작동 범위에서 전기화학적 반응이 안정적이며, 전기 전도성이 좋은 Cu 포일 2.1.2. L/L (Loading Level)L/L, 로딩 레벨, (=로딩량)이란 극판 위에 올라가는 슬러리의 양을 의미한다. 단위 면적당 슬러리..

2024.09.29 - [2차 전지] - 전극 공정 ① - 믹싱 ① 이어서...1.2. 믹싱 공정슬러리는 가루 상태의 분말과 용매를 믹서에서 분쇄되고 혼합돼 제조한다. 슬러리 제조에서 분말과 용매의 혼합 비율 (니딩포인트; kneading point: 점도와 혼합 강도에 따른 최적의 혼합 조건과 비율) 이 중요하다. 특정 니딩 포인트에서 일정 시간 동안 믹서 내 혼합된 후에 이차전지의 재료로 사용한다. 니딩포인트는 슬러리 제조 시 필요한 분말, 용매 등 재료 및 함량에 따라 달라진다. 니딩 포인트는 슬러리가 제조되는 데 사용되는 믹서의 크기 및 구조에 따라서도 달라진다.1.2.1.  작업 과정1. 분체 (powder) 공급: 각 계량 호퍼에 바인더, 도전재, 활물질을 공급해준다2. 선분산 (Pre-mix..

배터리의 제조 공정은 크게 4단계로 나뉜다: 1) 전극 공정 (=극판 공정), 2) 조립 공정, 3) 화성 공정, 4) 팩 공정  첫번째 전극 공정 또는 극판 공정은 배터리의 두 전극, 즉 양극과 음극을 제조하는 공정으로, 배터리 성능에서 가장 큰 영향을 미치고, 원가 비중이 가장 높은 공정이다. 두번째 조립 공정은 제조된 양극과 음극을 원하는 폼팩터로 만드는 과정으로, 전극과 분리막, 전해질 등의 다른 소재들과 더한다. 세번째 화성 공정에선 전지를 1차 충전하여 활성화시키고 안정화를 시켜 cell을 사용 가능한 만드는 과정이다. 마지막 팩 공정은 여러개의 cell을 하나의 pack으로 만들어 소비자가 사용할 최종 배터리 팩을 완성시키는 공정이다. 앞으로는 전극 공정부터 시작해서 제조 공정별로 차례대로 ..

3. 전해질 종류액체 전해질이 보편적으로 사용되었으나, 그 안전성을 보완하기 위해 다양한 전해질이 도입되고 있다. IL(ionic liquid; 이온성 액체) 과 폴리머 등이 그 대안으로 떠오르고 있다. 폴리머는 또한 겔 폴리머, ternary 폴리머 등의 다양한 형태가 사용되고 있다.  * 이온성 액체 (IL; Ionic Liquid)이온성 액체는 액체상의 염을 뜻하는 말로, 넓은 범위로 보자면 대부분의 염이 녹으면 이온성 액체가 될 수 있다. 하지만 보통은 좁은 의미로, 100 ℃ 이하의 녹는점을 가져 상온에서 액체 상태인 이온성 액체로 국한한다. (RTIL; room temperature IL)보통 이온성 액체는 1) 높은 열 안정성, 2) 무독성, 3) 넓은 전기화학적 안정성 창 (electroc..

전해질(electrolyte)은 배터리 셀 안에서 리튬 이온의 원활한 이동을 돕기 위한 매개체이다. 활물질 사이의 빈 공간 사이사이에 들어가 이온의 이동 통로를 제공한다. 리튬이온배터리에서 전해질은 주로 액체 리튬염 성분이기 때문에 전해액이라고도 부른다.  전해질은 요구 조건은 크게 3가지이다. 1) 높은 이온 전도, 2) 높은 화학적 안정성, 3) 낮은 어는점과 높은 발화점과 끓는점.최우선 조건은 높은 이온 전도도로, 짧은 시간에 많은 이온을 이동시킬 수 있어야 한다. 그를 통해 고속 충전이 가능해진다. 두번째로, 배터리 내부 전체에 분포해있는 만큼, 다른 소재들과 부반응을 일으키지 않아야 한다. 높은 화학적 안정성을 통해 낮은 반응성으로 덴드라이트 등의 부산물을 형성하거나, 전해질 부식이 일어나지 않..

분리막(separator)은 양극과 음극의 물리적인 접촉을 차단해 배터리의 안전성을 결정하는 주요 소재이다. 분리막이 손상되어 양극과 음극이 접촉하면 단락 (short)가 발생해 화재 발생 위험이 생긴다. 이를 위해 양극과 음극 사이에 위치해 전자의 이동은 막아야 하지만, 동시에 리튬 이온의 이동의 허용해야 한다. 보통 분리막에서 요구되는 조건은 다음과 같다; 1) 높은 열적 안정성, 전기 절연성, 높은 이온전도도, 2) 많고, 다양한 기공, 3) 얇은 두께와 높은 기계적 강도. 현재 PE (polyethylene), PO (polyolefin), PP (polypropylene)와 같은 절연성의 고분자 소재가 자주 사용된다.  분리막은 배터리 셀의 용량을 증대시키기 위해 그 두께를 얇게 만드는 것이 중..

음극 용량 확대를 위한 금속계 음극에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 금속계 음극에는 주로 실리콘 음극과, 리튬 메탈 음극이 차세대 음극재로 떠오르고 있다. 3. 실리콘 음극실리콘 (Si) 음극의 용량은 600~1600 mAh/g 으로, 350 mAh/g 정도의 흑연 음극에 비해 비약적으로 용량을 확대시킬수 있다. 또한, 실생활에서도 흔히 볼 수 있는 풍부하고 저렴한 소재라서 차세대 음극 소재로 각광받고 있다.하지만, 흑연에 비해 부피 팽창이 훨씬 크다. 흑연은 약 10% 정도 부피 팽창이 일어나는 반면, 실리콘은 약 300% 정도 부피가 늘어나 수명이 줄어들게 된다. 그래서 현재 약 5% 정도 첨가하는 편이고, 배터리 업계는 첨가율을 10~15% 정도로 늘리는 것을 목표로 하고 있다. 3.1. 용량..

리튬이온배터리의 양극은 리튬이온의 source로, 양극에서부터 나온 리튬이온은 전해질을 통해 음극으로 이동해 삽입된다. 음극재에 저장된 리튬이온이 다시 양극재로 이동하고, 분리된 전자가 도선을 따라 이동하면서 전기 에너지는 발생한다. 이때, 음극이 저장할 수 있는 리튬이온의 양에 따라 배터리의 수명과, 리튬이온의 이동속도에 따라 충전 속도가 결정된다. 양극이 에너지 밀도와 용량을 결정하지만, 리튬이온의 탈리와 삽입이 반복되는 음극재에 따라서 충전 속도와 수명이 결정되는 것이다. 음극재는 소재에 따라 크게 3가지로 구분된다; 1) 흑연계, 2) 저결정탄소, 3) 금속계. 현재 흑연계가 가장 많이 사용되고, 차세대 음극재로 금속계가 떠오르고 있다. 1. 흑연계 음극흑연 (graphite)은 연필심에 쓰이는 ..

2. LFP LFP 는 LiFePO4의 약자로, 리튬인산철을 뜻한다. 삼원계 양극재보다 더 안정된 구조로 리튬이온의 이동은 덜해 에너지 밀도는 비교적 낮지만 더 높은 안정성을 갖고 있어 더 안전한 배터리로 불린다. 또한, 코발트 등의 희토류 금속을 사용하는 삼원계 배터리와 달리 인산과 철이라는 풍부하고 저렴한 소재를 사용하는 덕분에 가격 역시 월등히 저렴하다. LFP 배터리는 중국의 CATL, BYD와 같은 회사가 주력으로 개발을 하고 있었고, 고부가가치와 고성능을 우선했던 한국이나 일본의 배터리 기업들은 LFP 배터리를 주목하지 않았었다. 하지만 가성비 전기차의 시장이 확대되고, ESS 시장 역시 확대되며 저렴한 배터리의 수요가 급증하였다. 이에 따라 저렴한 LFP 배터리가 급부상하며, 한국의 3사 역..