리튬 이온 배터리(LIB)는 다양한 활성 및 비활성 물질을 이용한 다단계 공정을 통해 제조됩니다. 소재 선정 및 공정 조건은 최종 배터리 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 전극은 배터리 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 전극 품질은 전체 배터리의 에너지 밀도와 전기화학적 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

전극 제조는 아주 복잡한 과정으로 활성 물질, 바인더 및 전도성 첨가제를 금속 집전체의 슬러리 코팅에 혼합하는 과정이 포함됩니다. 그 후 전극은 건조 및 캘린더링(압연) 과정을 거칩니다. 전극 제조 과정을 진행하는 동안 슬러리 제형은 보관 중에 안정적이어야 하고 쉽게 분산되어야 하며 균일한 코팅을 생성하기 위해 유동성이 있어야 합니다. 제형의 최적화 및 공정을 위해 슬러리 특성을 규명하는 것은 전체 배터리 성능을 개선하는 데 중요한 과정입니다.

응력을 받는 물질의 흐름과 변형에 관한 연구인 유변학은 전극 슬러리 개발 및 최적화에 중요한 역할을 합니다. 이전 블로그에서 다루었듯이, 배터리 전극 슬러리 유변학에는 점도, 요변성 거동 및 항복 응력의 중요한 특성을 측정하여 적절한 코팅과 안정성을 확보하는 과정이 포함되어 있습니다.

전극 성능에 있어 중요한 또 다른 요소는 전기 전도성입니다. 리튬 이온 배터리의 캐소드에는 일반적으로 활성 물질의 낮은 전도성을 보완하기 위해 카본 블랙 입자와 같은 전도성 첨가제가 포함되어 있습니다. 카본 블랙 입자는 활성 입자 주위에 응집되어 전자를 전류 집전체로 전도하는 투과 네트워크를 형성합니다. 전도성 네트워크 구조는 최종 전극 성능에 아주 중요하지만, 코팅 중 전단 유도 변화가 전기 전도성 네크워크를 무너뜨릴 수 있습니다.임피던스 분광법은 슬러리의 전도성 물질 분산에 관한 통찰을 제공하지만 코팅 공정 중 전단 유도 변화는 설명하지 않습니다. 유변물성 및 전기화학 임피던스 분광법은 미세 구조의 전단 유도 변화를 직접 측정하여 슬러리 코팅 조건을 재현하고 전단 후 시간에 따른 회복을 측정할 수 있습니다. 이러한 측정을 통해 완성된 전극에서 전기 전도성 네트워크가 유지됨을 확인하여, 전체 배터리를 조립하기 전에 성공적으로 전극 성능을 예측할 수 있습니다.

새로운 Discovery 하이브리드 레오미터 유변 임피던스 분광법 부속품을 이용하면 유전 임피던스 및 유변물성 측정에 있어 탁월한 데이터 품질을 확보할 수 있습니다. 새로운 디자인은 측정 범위를 제한하는 상부 도구와의 전기적 접촉이 필요하지 않으며, 그 대신 절연 처리된 상부 평행판의 기하학적 형상을 도체로 사용하여 두 전극을 하부 플레이트에 배치합니다. 유변 임피던스 부속품을 이용하면 모든 범위에 걸쳐 DHR의 토크 감도를 테스트할 수 있으며 점도, 항복 응력, 점탄성 및 구조 회복의 정확한 특성 분석이 가능합니다.

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