우수한 성능의 리튬 배터리 음극 페이스트를 준비하는 방법은 무엇입니까?

활성 물질

활성물질은 양극 슬러리의 주요 전기화학적 활성성분으로 전압, 에너지 밀도 등 전지의 기본 특성을 결정하며, 슬러리 시스템의 핵심 영혼이다. 활성 물질의 입자 크기 분포, 비표면적, pH 값 또는 잔류 염기 값과 같은 특성은 슬러리의 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.

입자 크기 분포: 활성 물질의 입자 크기 및 입자 크기 분포는 슬러리 공정에서 중요한 요소입니다. 활성물질의 입자크기가 작을수록 연속상 점도가 크고 중력에 의한 슬러리의 층화가 약해지며 현탁계의 안정성이 좋아진다. 그러나 입자 크기가 어느 정도 작은 크기로 줄어들면 입자 사이의 결합력이 주요 효과가 되고 입자 사이에 뭉침 현상이 발생하게 되어 시스템의 안정성에 도움이 되지 않습니다. 따라서 슬러리 분산에서 입자 크기는 미세할수록 좋지만 좁은 크기 범위로 분포되도록하여 흡입과 반발의 상호 균형을 달성하여 슬러리 시스템의 안정성을 보장합니다.

비표면적: 셀 성능에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 비표면적이 클수록 셀의 전기화학적 성능이 향상됩니다. 이는 배터리의 내부 저항이 낮을수록 용량 재생이 쉬워지고 사이클 성능과 속도 성능이 향상됩니다. 그러나 비표면적이 너무 크면 슬러리 내 샘플의 접착력이 향상되어 입자 분산에 도움이 되지 않습니다.

pH 값 또는 잔류 염기 값: pH 값 자체는 슬러리의 안정성에 영향을 미치지 않지만 알칼리성 환경은 바인더에 더 큰 영향을 미치므로 바인더 자체의 구조가 변경됩니다. 특히, 합성 과정에서 잉여 리튬염이 발생하기 때문에 잉여 리튬염을 고온에서 소성해 산화리튬(Li)이 생성되고, 이것이 공기 중의 물(H2O), 이산화탄소(CO2)와 반응해 수산화리튬(LiOH), 탄산리튬(Li2CO3)이 생성되고, 이것이 소재 표면에 잔류해 소재의 pH 값이 높아지게 된다.

결합제

슬러리 내 바인더의 주요 기능은 활성물질, 도전제 및 유체 수집기를 결합시키고, 전극 활물질과 도전제 및 유체 수집기 사이의 전자적 접촉을 향상시키며, 슬러리 시스템에 안정적인 지지체를 제공하는 것입니다. 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)는 현재 리튬 배터리 산업에서 바인더로 널리 사용되고 있습니다. PVDF는 가공 성능이 좋고 열 안정성(장기 사용 온도 -40 ~ 150도)이 우수하며 전해질의 적합성과 안정성도 매우 강하기 때문입니다. NMP에 용해시킨 후 바인더를 기계적 교반에 의해 활성물질 주위에 감싸고 수소결합력, 반데르발스력 등에 의해 결합시킵니다. 바인더의 결합력에 영향을 미치는 주요 요인은 분자간 극성, 분자량, 용매 함량 등입니다.

전도제

양극 슬러리에 포함된 도전제의 주요 기능은 배터리의 내부 저항을 줄이고 휘발 용량을 높이는 것입니다. 일반적으로 전도성 토너와 CNT 슬러리가 주요 전도성제로 선택됩니다. 입자 크기가 작기 때문에(1~5mm 클러스터 형성이 용이함), 비표면적이 크며(약 60m2/g), 슬러리 내에서 균일하게 분산되기 어렵기 때문에 혼합 공정에 대한 요구 사항이 높습니다.

분산제

포지티브 슬러리에서 분산제의 주요 역할은 결합제를 용해시키고, 활성 물질이 보다 균일하게 분산될 수 있는 좋은 담체를 제공하는 것이며, 코팅 단계에서는 분산제가 금속 기재의 습윤성과 유동성이 좋고 베이킹 시 휘발 성능이 좋아야 합니다. H2O, NMP, DMAC(디메틸아세트아미드), DMF(디메틸포름아미드) 등과 같은 다른 분산제와 비교하여 NMP는 높은 용해도, 낮은 점도, 낮은 휘발성, 우수한 안정성, 쉬운 회수 등의 장점을 가지고 있기 때문에 업계에서는 일반적으로 NMP-PVDF 시스템을 사용합니다. NMP의 비율이 높으면 슬러리의 점도가 낮아져 분말이 석출되기 쉽고 코팅시 표면밀도 조절이 잘 되지 않는다. 이에 반해 NMP의 비율이 적고, 슬러리 점도가 크고, 분말이 분산되지 않으며, 슬러리 유동성이 낮다. 따라서 NMP의 첨가량은 엄격히 통제되지 않으며, 가장 중요한 것은 균일하게 코팅될 수 있는지 확인하는 것이다.

수분 공급

유성 슬러리의 불순물인 물은 주로 슬러리의 원료 또는 혼합에 의해 함량이 증가하면 슬러리의 점도에 영향을 미치고 용매의 균일성을 파괴하여 양성 입자가 형성되며 건조 후 극 시트에 박리 현상이 나타나므로 원료 또는 혼합 여부에 관계없이 물의 도입을 제어해야 합니다.