리튬이온 배터리의 양극재(전구체 구조)

 

 

리튬이온 배터리의 양극재는 크게 전구체와 양극활물질로 구성됩니다. 전구체는 양극활물질의 원료가 되는 물질로, 니켈, 코발트, 망가니즈, 알루미늄 등의 금속이 주성분입니다. 전구체는 양극재의 성능과 효율을 결정하는 중요한 요소로, 전구체의 품질이 양극재의 품질을 좌우한다고 할 수 있습니다.

 

전구체의 제조방법은 크게 공침법, 용융법, 건식법으로 나눌 수 있습니다.

 

공침법은 가장 일반적으로 사용되는 전구체 제조방법입니다. 공침법은 금속 용액에 착화제를 첨가하여 금속 이온을 침전시켜 전구체를 제조하는 방법입니다. 공침법은 공정 단순화, 대량생산에 적합, 원가 경쟁력 우수 등의 장점이 있습니다.

 

용융법은 금속을 용융시켜 전구체를 제조하는 방법입니다. 용융법은 공침법에 비해 반응성이 우수하여 고품질의 전구체를 제조할 수 있습니다. 그러나 공정 복잡, 대량생산에 부적합, 원가 경쟁력 열위 등의 단점이 있습니다.

 

건식법은 고체 상태의 금속을 분쇄하여 전구체를 제조하는 방법입니다. 건식법은 공정 단순화, 대량생산에 적합, 원가 경쟁력 우수 등의 장점이 있습니다. 그러나 공침법, 용융법에 비해 품질이 떨어진다는 단점이 있습니다.

 

NCM 전구체의 공침법 제조공정

 

NCM 전구체의 공침법 제조공정은 다음과 같습니다.

1. 니켈, 코발트, 망가니즈를 용해하여 금속 용액을 제조합니다.
2. 금속 용액에 착화제를 첨가합니다.
3. pH 조정제를 사용하여 pH를 조절합니다.
4. 교반을 통해 금속 이온을 침전시킵니다.
5. 침전된 전구체를 세척하고 건조합니다.

공침법 제조공정에서 중요한 공정은 착화제의 종류와 양, pH 조절입니다. 착화제는 금속 이온의 침전을 촉진하는 역할을 합니다. 일반적으로 아연, 알루미늄, 비스무트 등의 착화제를 사용합니다. pH는 금속 이온의 침전 속도와 침전물의 형태를 결정합니다. 일반적으로 pH를 8~9 정도로 조절합니다.

 

전구체의 품질관리

전구체의 품질은 양극재의 성능과 효율을 결정하는 중요한 요소입니다. 따라서 전구체의 품질관리는 매우 중요합니다. 전구체의 품질을 평가하는 기준은 다음과 같습니다.

• 조성: 전구체의 조성은 양극재의 조성과 일치해야 합니다.
• 입자 크기: 전구체의 입자 크기는 균일해야 합니다.
• 표면 거칠기: 전구체의 표면 거칠기는 양극재의 용해도와 밀착성을 결정합니다.
• 순도: 전구체의 순도는 불순물의 함량을 의미합니다.

전구체의 품질관리는 주로 다음과 같은 방법으로 수행됩니다.

• 화학 분석: 전구체의 조성을 측정하는 방법입니다.
• X-선 회절 분석: 전구체의 입자 크기와 형태를 측정하는 방법입니다.
• BET 표면적 측정: 전구체의 표면 거칠기를 측정하는 방법입니다.
• ICP-AES 분석: 전구체의 순도를 측정하는 방법입니다.

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https://www.youtube.com/watch?v=AZPGW2Z4I98

 

 

 

 

 

 

밧데리 전구체는 리튬이온 배터리의 양극재를 만드는 데 사용되는 원료입니다. 전구체의 제조 방법은 크게 공침법과 건식법으로 나눌 수 있습니다.

 

공침법은 양극재의 주요 원료인 니켈, 코발트, 망간 등의 금속을 용해한 용액에 착화제와 pH 조정제를 첨가하여 침전을 유도하는 방법입니다. 침전된 물질을 세척하고 건조하면 전구체가 완성됩니다.

 

건식법은 양극재의 주요 원료인 니켈, 코발트, 망간 등의 금속을 분말 형태로 혼합하여 열처리하는 방법입니다. 열처리 과정에서 금속 성분들이 화학적으로 결합하여 전구체가 형성됩니다

 

 

밧데리 전구체 제조방법은 크게 공침법과 무수 공침법으로 나눌 수 있습니다.

 

공침법은 가장 일반적으로 사용되는 방법으로, 니켈, 코발트, 망가니즈 등의 금속을 용해한 금속 용액에 착화제, pH 조정제 등을 첨가하여 공침시키는 방법입니다. 공침이란 서로 다른 이온들이 같은 조건에서 침전되는 현상을 말합니다.

 

공침법의 공정은 다음과 같습니다.

1. 니켈, 코발트, 망가니즈 등의 금속을 용해하여 금속 용액을 제조합니다.
2. 금속 용액에 착화제, pH 조정제 등을 첨가합니다.
3. 착화제와 pH 조정제가 금속 이온들과 반응하여 침전이 시작됩니다.
4. 침전된 물질을 세척하고 건조시켜 전구체를 얻습니다.

무수 공침법은 공침법과 유사한 방법이지만, 금속 용액을 액체 상태가 아닌 고체 상태로 유지하는 것이 특징입니다. 무수 공침법은 공침법에 비해 에너지 소비가 적고, 생산성이 높다는 장점이 있습니다.

무수 공침법의 공정은 다음과 같습니다.

1. 니켈, 코발트, 망가니즈 등의 금속을 용해하여 금속 용액을 제조합니다.
2. 금속 용액을 건조시켜 고체 상태로 만듭니다.
3. 고체 상태의 금속 용액에 착화제, pH 조정제 등을 첨가합니다.
4. 착화제와 pH 조정제가 금속 이온들과 반응하여 침전이 시작됩니다.
5. 침전된 물질을 세척하고 건조시켜 전구체를 얻습니다.

전구체 제조방법은 양극재의 종류에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 리튬인산철(LFP) 양극재의 경우 공침법이나 무수 공침법을 사용하지 않고, 리튬염 용액에 철이온을 첨가하여 침전시키는 방법을 사용합니다.

 

전구체는 양극재의 성능과 가격에 중요한 영향을 미치는 요소입니다. 따라서 전구체의 제조방법을 개선하여 양극재의 성능과 가격을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

 

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배터리 전구체는 일반적으로 리튬, 니켈, 코발트, 알루미늄, 마그네슘 등의 금속을 포함하는 화합물입니다. 이 금속들은 서로 결합하여 다양한 구조를 형성할 수 있으며, 그 구조에 따라 전구체의 특성이 달라집니다.

 

일반적으로 배터리 전구체는 다음과 같은 구조를 가지고 있습니다.

• 결정 구조: 전구체의 금속들은 결정 구조를 형성합니다. 결정 구조는 금속 원자들이 규칙적으로 배열된 구조로, 전기 전도성과 기계적 강도가 우수합니다.
   

   
• 층상 구조: 일부 전구체는 층상 구조를 형성합니다. 층상 구조는 금속 원자들이 층을 이루며 배열된 구조로, 양이온과 음이온이 층 사이를 이동하기 쉬워 전기 전도성이 우수합니다.
   

   
• 망상 구조: 일부 전구체는 망상 구조를 형성합니다. 망상 구조는 금속 원자들이 망을 이루며 배열된 구조로, 강도가 우수합니다.

 

배터리 전구체의 구조는 배터리의 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 결정 구조를 가진 전구체는 고용량과 고출력을 가지는 양극재를 만들 수 있습니다. 층상 구조를 가진 전구체는 고용량과 고속 충방전을 가지는 양극재를 만들 수 있습니다. 망상 구조를 가진 전구체는 고강도를 가지는 양극재를 만들 수 있습니다.

 

최근에는 배터리 성능을 향상시키기 위해 새로운 구조의 전구체를 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 예를 들어, 리튬, 니켈, 코발트, 알루미늄을 포함하는 4원계 전구체는 기존의 3원계 전구체에 비해 용량과 출력을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

 

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http://wiki.hash.kr/index.php/%EC%A0%84%EA%B5%AC%EC%B2%B4

전구체 - 해시넷

 

https://inside.lgensol.com/2022/03/%EC%96%91%EA%B7%B9%EC%9E%AC-%EC%A0%9C%EC%A1%B0%EC%9D%98-%ED%95%B5%EC%8B%AC-%EC%A0%84%EA%B5%AC%EC%B2%B4/

양극재 제조의 핵심, 전구체 - 배터리인사이드 | BATTERY INSIDE

https://biz.chosun.com/industry/company/2023/05/11/N3W4KLPPSVAXDC4DXSJUQNM6UU/

[2차전지 대해부] 힘세고 오래가는 배터리… 양극재·전구체가 핵심