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배터리 연구 및 검사
배터리 연구, 생산, 검사 등을 해결하기 위한 기술
Thermo Fisher Scientific은 배터리 연구, 원료 물질 관리, 현재 및 고급 배터리 기술 생산을 위한 다양한 도구와 기기를 제공합니다.
전극, 분리막, 결합제, 전해질 및 기타 구성요소를 평가하는 분석 솔루션은 배터리 무결성을 개선하고 배터리 고장의 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다. 실험실, 현장 또는 생산 라인에서 적절한 분석 기기를 사용하면 배터리 개발 및 제조를 위한 고순도 리튬 및 기타 금속을 보장하는 데 도움이 됩니다.
최신 또는 개선된 리튬 이온 배터리를 생산하거나 차세대 배터리 기술을 설계 및 테스트하는 경우 Thermo Scientific 장비 및 소프트웨어는 관련 화학적 특성을 이해하고 성능과 효율성을 극대화하도록 도움을 줍니다.
| 전자 현미경 | XPS | EDS | Raman FTIR |
| 배터리 물질에 대한 멀티스케일 이미징 및 분석. | 표면 분석. 정량적 화학 상태. | 높은 공간 분해능에서 원소 이미징. | 화합물 식별 및 이미징. |
소프트웨어 운영, 실험실 관리, 데이터 관리, 시각화 및 분석 | |||
|  |  |  |
| XRF/XRD/OES | 유변측정법 & 이축(twin-screw) 압출 | 보완 기술 |
원소 및 구조 분석. | 유동 속성 특성 분석. 전극 페이스트와 폴리머 화합물의 혼합. | 크로마토그래피. 질량 분석법 화학물질. 인라인(In-line) 프로세싱. |
| 소프트웨어 운영, 실험실 관리, 데이터 관리, 시각화 및 분석 | ||
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배터리의 전자 현미경 이미징 및 분석
전자 현미경과 Avizo를 사용한 멀티스케일 이미징 및 분석
배터리 연구, 개발, 제조에서는 2D 및 3D에서 배터리 물질 및 세포의 구조 및 화학 특성을 연구하는 데 주사 전자 현미경(SEM), DualBeam(집속 이온 빔 주사 전자 현미경 또는 FIB-SEM이라고도 함), 투과 전자 현미경(TEM)과 같은 이미징 기술을 주로 사용합니다.
Thermo Scientific 전자 현미경 솔루션은 중간 규모 또는 대규모에서 원자 규모까지의 배터리 이미지를 캡처하고 분석할 수 있으므로 배터리 연구자와 엔지니어가 보다 안전하고 효율적이며 내구성이 뛰어나고 환경 친화적인 배터리를 개발할 수 있습니다.
배터리 기술을 위한 전자 현미경 및 Avizo 소프트웨어 사용 사례
과제 | 기술 | 솔루션 | 리소스 |
전처리 및 시료 이동 중에 공기, 습기 및/또는 빔에 민감한 배터리 시료의 오염을 방지합니다. | IGST 워크플로우: DualBeam, SEM/데스크탑 SEM(글러브 박스 내), TEM, Avizo, CleanConnect | 오염 없이 원형 상태에서 민감한 배터리 소재의 시료 특성 분석을 위한 완벽한 워크플로우를 제공합니다. | |
SEM, EDS 및 TEM을 이용한 리튬 검출은 어렵습니다. | TOF-SIMS | 배터리 시료의 리튬을 2D 및 3D에서 10 ppm까지 정확하게 검출하고 맵핑합니다. | 응용 노트: Thermo Scientific Helios DualBeam에서 TOF-SIMS를 사용한 이온 분광법 |
TEM | iDPC 기술은 리튬과 같은 경원소를 원자 단위로 선명하게 이미징 할 수 있습니다. | ||
단일 기기의 용량을 넘어 다양한 규모로 배터리 구조를 특성 분석합니다. | CT, SEM, Raman, DualBeam, Avizo, EDS | 배터리 미세구조의 멀티스케일 이미징 및 분석이 가능한 상관관계 워크플로우 | |
2D 이미징 및 특성 분석을 위해 높은 폴리싱(polishing) 품질로 시료 표면의 넓은 2D 영역을 준비합니다. | DualBeam(Plasma FIB-SEM), EDS | 높은 표면 품질의 고처리량 자동 스핀 밀 | |
SEM, CleanMill | Thermo Scientific CleanMill은 공기에 민감한 시료를 위한 전용 워크플로우, 빠른 폴리싱(polishing)을 위한 초고에너지 이온 건(gun), 시료 무결성 보호를 위한 극저온 기능을 제공합니다. | ||
| 데이터 문서: CleanMill Broad 이온 빔 시스템 | |||
전극 구조 성능 상관관계에 대한 주요 미세구조 특성(예: 비틀림)을 특성 분석합니다. | DualBeam, EDS, TOF-SIMS, Avizo | 배터리 구조의 3D 특성 분석 · 다양한 스케일로 3D 배터리 구조를 이미지화하는 하드웨어 · 3D 이미징 데이터 수집을 자동화하는 소프트웨어 · 이미지 분석 및 정량화를 위한 Thermo Scientific Avizo 소프트웨어 | |
나노 스케일에서 SEI와 같은 빔 민감성 물질 특성 분석 | TEM, EDS, Avizo | 에너지 물질의 나노 및 원자 단위 특성 분석 · 탁월한 EDS 성능으로 정확한 데이터 수집을 위한 Cryo-EM 워크플로우 · 구조 정량화 및 시각화를 위한 Thermo Scientific Avizo 소프트웨어 | |
웨비나: 더 나은 배터리를 위한 극저온 및 원위치(in situ) 전자 현미경 진단 안내에 따른 충전식 배터리 소재 설계 | |||
손상 없이 빔에 민감한 분리막 시료 특성 분석 | SEM/SDB | 우수한 낮은 KeV 이미징과 cryo-FIB 밀링 솔루션을 통해 2D 및 3D로 분리막 미세구조를 특성 분석할 수 있습니다. | |
전자 현미경을 통한 원위치(in situ) 키네틱 분석(예: 가열) | SEM | 양극 합성 메커니즘을 이해할 수 있는 Thermo Scientific SEM용 통합 소프트웨어로 다양한 원위치(in situ) 가열 스테이지를 선택할 수 있습니다. | |
전자 현미경을 통한 코인 셀 내 고유 SEI 조사 | 레이저 플라즈마 FIB | 고에너지, 고밀링 속도 레이저로 직접 단면 밀링을 통해 리튬-금속 셀 열화 메커니즘 이해 | |
원료 QC에는 OM보다 더 높은 분해능이 필요하지만 플로어(floor) 모델 SEM은 실험실에 맞지 않고 수동 분석은 너무 느립니다. | 데스크탑 SEM | Thermo Scientiifc Phenom XL Desktop SEM은 고처리량 자동화 기능으로 음극 및 양극 물질의 고분해능 형태 분석 및 QC를 수행할 수 있습니다. | |
원료에서 금속 불순물을 식별하고 정량화하는 것은 매우 중요하지만 ICP나 광학 현미경 모두 이 두 가지를 다 수행할 수 없습니다. | 데스크탑 SEM, EDS | Thermo Scientiifc Phenom ParticleX Desktop SEM은 고처리량 자동 EDS 워크플로우로 입자 불순물을 식별하고 정량화할 수 있습니다. | |
전극 불순물 검출은 일반적인 SEM-EDS 워크플로우를 사용하면 지루하고 시간이 오래 걸리는 작업입니다. | ChemiSEM, EDS | Thermo Scientific Axia ChemiSEM은 전극 불순물의 즉각적인 특성 분석을 위해 SEM을 "실시간 EDS"와 통합합니다. | |
배터리 생산 시 고장 분석 및 QC에는 SEM 수준의 분해능이 필요하지만 플로어 모델은 너무 많은 공간을 차지합니다. | 데스크탑 SEM | 소형 Phenom 데스크탑 SEM은 배터리 물질의 고분해능, 고처리량의 분석을 가능하게 합니다. | |
결합제 특성 분석는 어렵지만 전극의 기계적 구조를 확인하는 데 중요합니다. | SEM, DualBeam | Thermo Scientific Apreo 2 SEM용 독자적 T3 검출기의 우수한 이미징 대비로 전극 내 비전도성 결합제 분포 맵핑이 가능합니다. | |
CT만으로는 근본 원인 분석을 위한 불순물 식별이 어렵습니다. | CT/SDB, EDS, Avizo | 상관 CT/레이저 PFIB 워크플로우는 셀을 분해하지 않고 깊숙이 박힌 불순물을 식별할 수 있습니다. | |
고장 분석에는 시료를 보호하면서 고분해능 단면 폴리싱(polishing)이 필요합니다. | SEM, CleanMill | CleanMill은 공기에 민감한 시료를 위한 전용 워크플로우, 빠른 폴리싱(polishing)을 위한 초고에너지 이온 건(gun), 시료 무결성 보호를 위한 극저온 기능을 제공합니다. | |
| 데이터 문서: CleanMill Broad 이온 빔 시스템 |
약어: Avizo = Avizo Software; CT = Computed tomography; DualBeam = Focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM); EDS = Energy-dispersive X-ray spectroscopy; FIB = Focused ion beam; FTIR = Fourier transform infrared spectroscopy; ICP = Inductively coupled plasma; iDPC = Integrated differential phase contrast; IGST = Inert sample gas transfer; SDB = Small DualBeam; SEI = Solid electrolyte interface; SEM = Scanning electron microscopy; SPE = Solid polymer electrolytes; TEM = Transmission electron microscopy; TOF-SIMS = Time of flight secondary ion mass spectrometry.
배터리의 XPS 정량 분석
XPS를 이용한 정량적인 표면 분석
X선 광전자 분광법(XPS)은 물질의 최상층에 대한 정량적 원소 및 화학적 상태 정보를 제공하는 표면 분석 기법입니다.
XPS는 전해질과 전극 사이의 인터페이스를 이해하는 데 필수적입니다. 리튬 이온 셀의 양극 및 음극 물질을 연구하여 사이클 후 조성 변화를 확인하고, 전극 구성 요소의 화학적 변화를 이해하며, 고체 전해질 인터페이스(SEI) 층이 발달함에 따라 깊이가 어떻게 변하는지 파악할 수 있습니다. XPS는 흑연 전극 재료의 표면 전처리를 연구하여 배터리 충전 중 재료의 비가역적 소비를 현저히 늦추는 데 유용하다는 것이 입증되었습니다.
배터리 기술에 대한 XPS 사용 사례
과제 | 기술 | 솔루션 | 리소스 |
깊이에 따른 고체 전해질 막의 화학량론 이해 | XPS | XPS 깊이 프로파일링을 통해 각 깊이의 원소를 정량화할 수 있습니다. |
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원료 물질 특성 분석 | XPS | XPS는 전극을 형성하기 전에 분말 재료의 표면을 분석하고 화학량을 측정하고 오염 물질을 식별하는 데 사용할 수 있습니다. |
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전극 표면 화학 측정 | XPS | XPS는 전극 표면에 존재하는 화학적 상태를 정량화할 수 있습니다. | |
SEI 계층의 진화 추적 | XPS | XPS와 클러스터 이온 소스를 사용하여 재료를 깊이 프로파일링하여 사이클링 후 SEI 층의 발달을 추적할 수 있습니다. |
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원위치(in situ) 전극 사이클링 | XPS | 전극을 원위치(in situ)에서 작동하여 충전 및 방전 시 스펙트럼 변화를 모니터링할 수 있습니다. |
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셀 수명 동안 분리막 화학의 변화를 조사합니다. | XPS | 고분자 재료의 표면 화학은 XPS를 사용하여 쉽게 특성 분석할 수 있습니다. |
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약어: XPS = X-ray photoelectron spectroscopy.
배터리의 높은 공간 분해능 원소 분석
EDS를 사용하여 높은 공간 분해능에서 원소 이미징
에너지 분산 X선 분광법(EDS 또는 EDX)은 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하는 동시에 빠르고 정확한 비파괴 조성 분석을 할 수 있는 일반적으로 사용되는 분석 방법입니다. 전자 빔과 시료의 물리적 상호 작용이 시료의 원소 조성에 특징적인 X선을 생성하여 시료 내 물질의 공간 분포를 식별하고 해석할 수 있습니다.
배터리 연구에서 EDS는 배터리 내의 의도된 물질과 배터리 성능 또는 안전성을 제한하는 오염 물질을 식별하는 데 매우 유용한 도구입니다.
배터리 기술에 대한 EDS 사용 사례
과제 | 기술 | 솔루션 | 리소스 |
단일 기기의 용량을 넘어 다양한 규모로 배터리 구조를 특성 분석합니다. | CT, SEM, Raman, DualBeam, Avizo, EDS | 배터리 미세구조의 멀티스케일 이미징 및 분석이 가능한 상관관계 워크플로우 | |
2D 이미징 및 특성 분석을 위해 높은 폴리싱(polishing) 품질로 시료 표면의 넓은 2D 영역을 준비합니다. | DualBeam(Plasma FIB-SEM), EDS | 높은 표면 품질의 고처리량 자동 스핀 밀 | |
전극 구조 성능 상관관계에 대한 주요 미세구조 특성(예: 비틀림)을 특성 분석합니다. | DualBeam, EDS, TOF-SIMS, Avizo | 배터리 구조의 3D 특성 분석 · 다양한 스케일로 3D 배터리 구조를 이미지화하는 하드웨어 · 3D 이미징 데이터 수집을 자동화하는 소프트웨어 · 이미지 분석 및 정량화를 위한 Thermo Scientific Avizo 소프트웨어 워크플로우 | |
나노 스케일에서 SEI와 같은 빔 민감성 물질 특성 분석 | TEM, EDS, Avizo | 에너지 물질의 나노 및 원자 단위 특성 분석 · 탁월한 EDS 성능으로 정확한 데이터 수집을 위한 Cryo-EM 워크플로우 · 구조 정량화 및 시각화를 위한 Avizo 소프트웨어 | |
웨비나: 더 나은 배터리를 위한 극저온 및 원위치(in situ) 전자 현미경 진단 안내에 따른 충전식 배터리 소재 설계 | |||
원료에서 금속 불순물을 식별하고 정량화하는 것은 매우 중요하지만 ICP나 광학 현미경은 이 두 가지를 수행할 수 없습니다. | 데스크탑 SEM, EDS | Phenom ParticleX Desktop SEM은 고처리량 자동 EDS 워크플로우로 입자 불순물을 식별하고 정량화할 수 있습니다. | |
전극 불순물 검출은 일반적인 SEM-EDS 워크플로우를 사용하면 지루하고 시간이 오래 걸리는 작업입니다. | ChemiSEM, EDS | Axia ChemiSEM은 전극 불순물의 즉각적인 특성 분석을 위해 SEM을 "실시간 EDS"와 통합합니다. | |
CT만으로는 근본 원인 분석을 위한 불순물 식별이 어렵습니다. | CT/SDB, EDS, Avizo | 상관관계(correlative) CT/레이저 PFIB 워크플로우는 셀을 분해하지 않고 깊숙이 박힌 불순물을 식별할 수 있습니다. |
약어: Avizo = Avizo Software; CT = Computed tomography; DualBeam = Focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM); EDS = Energy-dispersive X-ray spectroscopy; FIB = Focused ion beam; ICP = Inductively coupled plasma; SDB = Small DualBeam; SEI = Solid electrolyte interface; SEM = Scanning electron microscopy; TEM = Transmission electron microscopy; TOF-SIMS = Time of flight secondary ion mass spectrometry.
배터리의 화합물 분석
Raman 및 FTIR 분광법을 사용한 화합물 식별
Raman 분광법은 빛과 분자 진동의 상호 작용을 이용해 물질을 식별하고 분자 구조를 특성 분석하며 형태를 평가하고 동적 프로세스를 모니터링하는 데 사용되는 스펙트럼을 생성합니다. Thermo Scientific Raman 기기는 전극의 위상 및 구조를 식별하고 특정 탄소 동소체를 구별하는 등 다양한 배터리 응용 분야에서 매우 유용한 도구입니다. Raman 기술은 빠르고 비파괴적이며 최소한의 시료 전처리만 필요하고 in situ 또는 ex situ에서 사용할 수 있습니다.
푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광법은 본질적으로 Raman과 상호 보완적인 특성을 가진 시료에 대한 분자 정보를 제공합니다. 소형, 복합 분석, 처리량, 정밀도 등의 장점을 갖춘 Thermo Scientific Nicolet Summit FTIR 분광분석기는 리튬 및 기타 반응성 염의 특성 분석과 같은 배터리 연구, 개발 및 생산에 다양하게 응용되고 있습니다.
배터리 기술을 위한 Raman 및 FTIR 사용 사례
과제 | 기술 | 솔루션 | 리소스 |
한 영역에서 변동성을 놓치지 않고 배터리 구성 요소를 ex situ 프로파일링합니다. | Raman | Raman 현미경은 구성 요소 영역 또는 단면의 측정을 통합할 수 있습니다. | |
음극과 양극의 상 및 구조 식별 | Raman | Raman 현미경은 서로 다른 성능 특성을 가진 동일한 물질의 여러 위상의 공간 분포를 시각적으로 보여줄 수 있습니다. | |
충전 및 방전 주기에 걸쳐 음극 조성을 추적하고 맵핑합니다. | Raman | Raman 현미경은 충전/방전 주기 동안 전극 표면의 변화를 원위치(in situ) 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다. | |
음극 구성 요소 및 하이브리드 물질에서 특정 탄소 동소체의 존재를 확인합니다. | Raman | Raman 분광법은 하이브리드 물질의 탄소를 포함한 탄소 동소체 분석에 특히 적합합니다. | |
고체 폴리머 전해질(SPE)에서 이온 종의 연관성 및 성분 분포 이해 | Raman | Raman 현미경은 SPE 내 성분의 공간 분포를 시각화하고 이온적 연관성을 나타내는 데 사용할 수 있습니다. | |
리튬, 금속 산화물 및 리튬 화합물의 빠른 특성 분석 | Raman | Thermo Scientific Raman 기기는 최소한의 시료 준비로 이러한 화합물을 빠르게 분석할 수 있습니다. | |
탄소 동소체 구분, 음극 물질 구조 파악, 사용 중 변화 추적 | Raman | Raman 분광법은 다양한 탄소 동소체를 구별하고 이러한 물질의 구조적 품질을 평가하는 데 특히 유용합니다. | |
음극 SEI 층의 열화 맵 | Raman | Raman 현미경은 셀 사용 후 전극 물질 및 성분 분포의 변화를 시각화하는 데 사용할 수 있습니다. | |
리튬 및 기타 반응성이 높은 염의 특성 분석 | FTIR | 원격 제어를 사용하여 아르곤이 퍼지(purge)된 글러브 박스 내에서 시료 스펙트럼을 측정할 수 있는 소형 Thermo Scientific Nicolet FTIR 기기 | |
화재, 단락 또는 기타 위험한 조건에서 방출되는 배터리 가스 방출 또는 화학 물질을 모니터링합니다. | FTIR | 가열 밸브 서랍이 장착된 Thermo Scientiifc Antaris IGS 시스템은 차량 충돌과 같은 무리한 조건에서 HF 및 기타 플루오르화 가스의 방출을 정량화할 수 있습니다. | |
| 리튬 이온 배터리를 재활용하거나 보관하는 동안 고체 전해질 인터페이스(SEI)의 멤브레인이 손상되어 가스가 생성 되고 잠재적으로 배터리가 부풀어오르는 원인이 될 수 있습니다. | FTIR 및 GC-MS | GC-MS의 고효율 분리 및 정량 검출과 FTIR의 고유한 구조 식별을 결합하여 복잡한 기체 시료에 대한 완벽한 분석을 수행할 수 있습니다. | 응용 노트: GC-MS-FTIR을 사용한 리튬 이온 배터리 가스 분석 |
약어: FTIR = Fourier transform infrared spectroscopy; SEI = Solid electrolyte interface; SPE = Solid polymer electrolytes; GC-MS = Gas chromatography mass spectrometry.
배터리의 원소 분석
XRF, XRD, OES를 사용한 원소 및 구조 분석
X선 형광(XRF) 분광법은 B-Am의 정성적 및 정량적 원소 조성을 ppm 미만에서 100%까지 제공합니다. XRF는 µm ~ mmm 범위의 일반적인 프로빙 깊이로 분말, 고체 및 액체 시료의 벌크 조성을 분석합니다.
XRF는 최종 배터리의 성능에 영향을 미치는 양극 물질의 정확한 화학적 조성을 제어하기 위해 생산 중에 사용됩니다. 빠르고 안정적이며 신뢰할 수 있는 분석 기술인 XRF는 제조 스트림에 들어가는 원료 및 구성 요소의 품질 및 공정 관리(QC)에도 이상적이어서 규정 준수를 보장하고 불순물을 검출할 수 있습니다.
배터리 기술을 위한 XRF, XRD 및 OES 사용 사례
과제 | 기술 | 솔루션 | 리소스 |
니켈, 코발트, 망간, 철, 리튬 광석 등의 원소 분석 및 등급 관리 | XRF | 당사의 XRF 실험실 질량 분석기는 채광 재료의 액체 또는 고체 시료에서 최대 90개 원소를 정량화할 수 있어 정제 및 가공을 위해 광석의 함량을 제어할 수 있습니다. | 응용 노트: WDXRF를 사용한 리튬 원료 물질 분석 |
원료 물질의 순도 평가 | XRF | ppm에서 100%까지 원소 분석, 카본 블랙의 불순물 사전 스크리닝 | |
결함, 이물질 및 불완전성 감지 | XRF | 원소 맵핑 및 0.5mm까지 작은 국소 분석 | |
응용 노트: Thermo Scientific ARL PERFORM'X 1500 W 고급 WDXRF 분광분석기로 저전력에서 원소 맵핑을 사용한 시료 분석 | |||
음극, 양극, 전해질, 분리막 및 기타 성분의 순도 제어 | XRF, OES | 파장 분산형 X선 형광(WDXRF) 및 발광 분석법(OES)을 통해 불순물 및 오염을 일상적으로 모니터링하고 제어할 수 있습니다. | |
유입 물질을 재활용을 위해 분류하고 회수된 금속에서 불순물을 제어합니다. | XRF | 알루미늄, 니켈, 코발트, 망간, 흑연과 같은 금속 회수를 위한 블랙매스(black mass) 원소 | 응용 노트: 흑연의 미량 원소 분석 |
음극과 양극의 상 식별 및 구조 측정 | XRD | XRD는 관심 있는 특정 다형성 구조를 식별하고 정량화하여 수율과 효율성을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. | |
배터리 물질의 결정성, 안정성 및 반응성 연구 | XRD | XRD를 통해 활물질의 결정질 대 비정질 함량 비율과 구조적 안정성 및 반복성을 실시간으로 측정할 수 있습니다. | |
원위치(in situ) 충전/방전 반응 추적 | XRD | 충전/방전 중에 모든 배터리 셀의 양극과 음극은 변화합니다. XRD를 사용하면 변화하는 상 구성과 결정 구조의 진화를 추적할 수 있습니다. | |
원료 물질에서 광물 조성 식별 및 정량화 | XRD | 양극 및 음극 내 위상 식별 및 구조 측정 | |
배터리 양극의 주요 원소(% 수준)와 미량 불순물(ppm, mg/kg)을 동시에 정량화합니다. | ICP-OES | Thermo Scientific iCAP 6000 시리즈 ICP-OES는 <0.006 mg/L에서 거의 3000 mg/L(10의 6제곱)에 이르는 용액의 농도를 정확하게 측정할 수 있습니다. | 응용 노트: Thermo Scientific iCAP 6000 Series Radial ICP-OES를 사용한 리튬 이온 배터리 양극의 불순물 및 주요 원소의 동시 측정 |
납 축전지에 대한 현재 표준에 따라 납 및 납 합금의 미량 원소를 정량화합니다. | OES | Thermo Scientfic ARL iSpark Optical Emission Spectrometer를 사용하면 납 축전지의 미량 원소 및 합금 원소를 분석할 수 있습니다. |
약어: ICP = Inductively coupled plasma; OES = Optical emission spectrometry; XRD = X-ray diffraction; XRF = X-ray fluorescence.
배터리 슬러리의 특성 분석
리튬 이온 배터리 슬러리의 유변학적 특성 분석
유변학은 다양한 슬러리의 점도 함수를 측정하여 슬러리를 만드는 혼합 공정 중에 원료부터 제조 및 품질 관리에 이르기까지 배터리 제조 공정의 여러 단계에서 유동 거동, 안정성 및 공정 능력을 예측하는 데 활용됩니다. 대용량 및 많은 충전 사이클을 갖는 배터리를 생산하려면 정밀한 프린팅 공정을 위한 전극 슬러리의 유변학적 특성을 이해해야 합니다.
배터리 기술을 위한 유변학적 사용 사례
| 과제 | 기술 | 솔루션 | 리소스 |
다음을 위해 전극 슬러리의 유변학적 특성을 이해해야 합니다.
| 유변학 | 레오미터는 높은 정밀도로 다양한 전단율에서 유량 곡선을 측정하는 데 사용됩니다. | On-demand 웨비나: 배터리 제조 및 연구의 회전식 유변측정법 |
배터리 슬러리의 분산 및 분배 혼합
이축(twin-screw) 압출을 사용하여 배터리 제조 공정 최적화
이축(twin-screw) 컴파운딩을 사용하면 정밀하게 제어된 재료 전단, 열 이동, 재료 처리량, 체류 시간으로 연속적인 생산 공정이 가능합니다. 이축(twin-screw) 압출 공정은 높은 재현성, 더 적은 세척 시간, 높은 재료 및 인력 효율을 제공합니다.
이축(twin-screw) 압출기의 뛰어난 분산 및 분배 혼합 기능을 사용하면 가령 용해조에서의 대체 배치 혼합에 비해 훨씬 더 균일한 양극 페이스트를 확보할 수 있습니다. 그 결과로 재료 특성이 향상될 수 있습니다.
배터리 기술을 위한 압출 사용 사례
| 과제 | 기술 | 솔루션 | 리소스 |
배터리 슬러리는 일반적으로 플래니터리 믹서(planetary mixer)에서 배치 방식으로 혼합됩니다. 이러한 혼합 방식은 노동 집약적이고 재료 효율이 낮으며 배치 간 변동의 위험이 있습니다. | 압출 | 이축(twin-screw) 압출기는 높은 재현성을 통해 연속적으로 슬러리를 컴파운딩합니다. 조성, 재료 전단, 온도를 제어합니다. | 응용 노트: 밀폐 공간에서 배터리 슬러리의 연속적인 이축(twin-screw) 컴파운딩 |
전극은 일반적으로 용매-캐스팅 방법으로 코팅됩니다. 많은 에너지를 소모하는 용매 증발 및 재활용 기술이 필요합니다. 휘발성 용매는 유해하며 많은 비용이 듭니다. | 압출 | 이축(twin-screw) 압출기는 PTFE 및 활물질을 성공적으로 컴파운딩하여 용매 없는 슬러리를 생산합니다. 높은 전단력을 통해 활물질 입자가 결합된 PTFE 섬유를 형성합니다. | 응용 노트: 건식 리튬 이온 배터리 페이스트의 비용 효율적이고 친환경적인 이축(twin-screw) 컴파운딩 |
Wiegmann, Eike, Arno Kwade, and Wolfgang Haselrieder. "Solvent Reduced Extrusion‐Based Anode Production Process Integrating Granulate Coating, Drying, and Calendering." Energy Technology (2022): 2200020.
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| Astafyeva, Ksenia, et al. "High Energy Li‐Ion Electrodes Prepared via a Solventless Melt Process." Batteries & Supercaps 3.4 (2020): 341-343. | |||
순수 리튬 금속 음극은 이론상 가장 높은 용량을 가지고 있습니다. 그러나 기존의 액체 전해질, 금속수지상(dendrite) 성장, 리튬 금속의 불안정성으로 인해 배터리의 순환성과 안전성이 저하됩니다. | 압출 |
압출기는 뛰어난 분산 기능으로 새로운 열가소성 폴리머 전해질의 용매 없는 준비에 성공적으로 사용되었습니다. | R. F. Samsinger, et al. "Influence of the Processing on the Ionic Conductivity of Solid-State Hybrid Electrolytes Based on Glass-Ceramic Particles Dispersed in PEO with LiTFSI" Journal of The Electrochemical Society, Volume 167, Number 12 Citation R. F. Samsinger et al 2020 J. Electrochem. Soc. 167 120538 |
| Francisco González, et al. "High Performance Polymer/Ionic Liquid Thermoplastic Solid Electrolyte Prepared by Solvent Free Processing for Solid State Lithium Metal Batteries" Membranes (Basel). 2018 Sep; 8(3): 55. | |||
| Huang, Zeya, et al. "Blending Poly (ethylene oxide) and Li6. 4La3Zr1. 4Ta0. 6O12 by Haake Rheomixer without any solvent: A low-cost manufacture method for mass production of composite polymer electrolyte." Journal of Power Sources 451 (2020): 227797. | |||
| Mejía, Alberto, et al. "Scalable plasticized polymer electrolytes reinforced with surface-modified sepiolite fillers–A feasibility study in lithium metal polymer batteries." Journal of power sources 306 (2016): 772-778. |
For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedures.