이차전지 전극 제작 실험 결과보고서

문서 내 토픽

1. 이차전지 전극 제조 공정

이차전지 전극은 활물질, 전도성 탄소, 바인더를 80:15:5의 비율로 혼합하여 슬러리를 제조한다. 이를 알루미늄 포일 위에 doctor blade를 이용해 코팅하고, 오븐에서 건조한 후 14mm 크기로 펀칭하여 완성한다. 최종적으로 120℃의 진공오븐에서 6시간 이상 건조하여 전극을 제작한다. 이 과정에서 슬러리의 점도 조절과 doctor blade의 높이 조정이 균일한 두께의 전극 형성에 중요하다.
2. Doctor Blade 코팅 기술

Doctor blade는 슬러리를 기판 위에 균일한 두께로 펼쳐 전극의 물리적, 전기적 특성을 최적화하는 장비이다. Blade와 기판 사이의 간격이 코팅 두께를 결정하며, 슬러리의 점도와 blade의 이동 속도가 코팅의 균일성에 영향을 미친다. 적절한 점도 유지와 일정한 속도의 연속적인 코팅이 고품질 전극 제작의 핵심이다.
3. 집전체 재료 선택 원리

양극에는 알루미늄(Al)을, 음극에는 구리(Cu)를 집전체로 사용한다. 양극은 높은 전위값에서 작동하므로 높은 전위에서 안정적인 Al을 사용하며, 음극은 낮은 전위에서 전기화학적으로 안정적이고 저렴한 Cu를 사용한다. 이러한 선택은 각 전극의 작동 환경과 화학적 안정성을 고려한 것이다.
4. Zirconia ball 혼합의 역할

Zirconia ball은 비활성 물질로서 슬러리 성분과 반응하지 않으면서 효과적인 혼합을 도와준다. 우수한 열전도성으로 인해 슬러리의 온도를 일정하게 유지하여 반응의 일관성을 보장한다. 다양한 크기의 ball을 사용하여 세밀한 혼합과 효과적인 입자 분산을 동시에 달성할 수 있다.

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1. 이차전지 전극 제조 공정

이차전지 전극 제조 공정은 배터리 성능을 결정하는 핵심 요소입니다. 활물질, 바인더, 도전재의 혼합 비율과 코팅 균일성이 에너지 밀도와 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 특히 나노 입자 기술과 정밀한 공정 제어를 통해 전극의 다공성 구조를 최적화하면 이온 전도도와 전자 전도도를 동시에 향상시킬 수 있습니다. 현재 산업에서는 습식 코팅과 건식 코팅 공정이 병행되고 있으며, 각 공정의 장단점을 고려한 선택이 중요합니다. 향후 고용량, 고출력 배터리 개발을 위해서는 공정 자동화와 실시간 품질 관리 기술의 발전이 필수적입니다.
2. Doctor Blade 코팅 기술

Doctor Blade 코팅 기술은 전극 슬러리를 집전체 위에 균일하게 도포하는 핵심 공정입니다. 블레이드의 각도, 간격, 속도 등의 변수가 코팅 두께와 균일성을 결정하므로 정밀한 제어가 필수적입니다. 이 기술은 높은 생산성과 재현성을 제공하여 대량 생산에 적합하며, 코팅 두께를 미크론 단위로 조절할 수 있어 전극 성능 최적화가 가능합니다. 다만 슬러리의 점도, 고형분 함량, 입자 크기 분포 등이 코팅 품질에 영향을 미치므로 슬러리 특성 관리가 중요합니다. 향후 AI 기반 실시간 모니터링과 자동 보정 시스템의 도입으로 더욱 정밀한 코팅이 가능할 것으로 예상됩니다.
3. 집전체 재료 선택 원리

집전체는 전극에서 생성된 전자를 효율적으로 수집하고 전달하는 역할을 하므로 재료 선택이 매우 중요합니다. 구리는 음극, 알루미늄은 양극의 표준 재료로 사용되며, 이는 우수한 전자 전도도, 낮은 비용, 화학적 안정성 등의 이유 때문입니다. 집전체의 두께, 표면 거칠기, 순도는 전극과의 접착력과 전자 전도 특성에 영향을 미칩니다. 최근에는 구리-니켈 합금이나 코팅된 집전체 등 새로운 재료들이 개발되고 있으며, 이들은 부식 저항성과 접착력 향상을 목표로 합니다. 집전체 선택 시 전기화학적 특성뿐만 아니라 가공성, 비용 효율성, 환경 영향 등을 종합적으로 고려해야 합니다.
4. Zirconia ball 혼합의 역할

Zirconia ball은 슬러리 혼합 공정에서 활물질, 바인더, 도전재 등의 입자를 분산시키고 미세화하는 중요한 역할을 합니다. 높은 밀도와 경도를 가진 지르코니아 볼은 효율적인 분쇄와 혼합을 가능하게 하며, 화학적 불활성으로 인해 슬러리 오염을 최소화합니다. 볼의 크기, 개수, 회전 속도 등의 조건을 최적화하면 입자 크기 분포를 균일하게 제어할 수 있어 전극의 성능 일관성을 향상시킵니다. 다만 과도한 혼합은 입자 손상과 슬러리 점도 증가를 초래할 수 있으므로 적절한 공정 시간 관리가 필요합니다. 지르코니아 볼의 마모로 인한 불순물 혼입을 방지하기 위해 정기적인 교체와 품질 관리가 중요합니다.

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