전극캐스팅 실험: 양극재 제조 및 전극 제작

본 내용은 " 화학공학실험1, 화공신소재기초실험 전극캐스팅 실험 예비보고서 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2025.09.20

문서 내 토픽

• 1. 활물질(Active Material)

  배터리의 양극재와 음극재에서 화학적으로 반응하여 전기 에너지를 생성하는 물질입니다. 양극 활물질은 리튬 이온을 보유하고 있다가 충전 시 음극으로 리튬 이온을 제공하며, LCO, LMO, NCM, NCA 등이 사용됩니다. 음극 활물질은 방전 시 양극에서 이동한 리튬 이온을 저장 및 방출하여 전기 에너지를 발생시킵니다.

• 2. 도전재(Conductive Material)

  활물질 입자 사이의 빈틈을 메우기 위해 사용되는 물질로, 입자 크기에 따라 전극의 품질이 결정됩니다. 분진 방지 및 빈틈 충전을 통해 배터리 용량 감소를 방지하는 중요한 역할을 합니다.

• 3. 바인더(Binder)

  활물질과 도전재가 집전체에 잘 부착되도록 하는 접착제로, 고분자 구조를 가지고 있습니다. 슬러리의 균일한 도포를 돕고 구조적 안정화를 제공하며, 충방전 반복 시 음극재의 부피 변화로 인한 배터리 성능 저하를 보완합니다.

• 4. 슬러리(Slurry) 및 집전체(Current Collector)

  슬러리는 활물질, 도전재, 바인더와 용매, 첨가제가 혼합된 고형물 분산액으로, 코팅공정을 용이하게 합니다. 집전체는 약 10μm 두께의 막으로, 슬러리를 균일하게 코팅하는 과정에서 사용되며 충방전 시 전자 이동이 이루어집니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 활물질(Active Material)

  활물질은 배터리의 성능을 결정하는 핵심 요소로서 에너지 밀도, 사이클 수명, 안전성에 직접적인 영향을 미칩니다. 리튬이온 배터리에서 양극 활물질(LCO, NCM, NCA 등)과 음극 활물질(흑연, 실리콘 등)의 선택은 배터리의 전압, 용량, 수명을 결정합니다. 최근 고니켈 양극재와 실리콘 음극재 개발이 활발하며, 이는 에너지 밀도 향상과 비용 절감을 동시에 추구하는 방향입니다. 다만 활물질의 구조 변화, 부피 팽창, 계면 반응 등의 문제를 해결하기 위한 지속적인 연구가 필요합니다. 차세대 배터리 기술 발전을 위해 활물질 혁신은 필수적이며, 이는 전기자동차와 에너지 저장 시스템의 상용화를 가속화할 것입니다.

• 2. 도전재(Conductive Material)

  도전재는 활물질 입자 간의 전자 전달을 촉진하여 배터리의 전기화학적 성능을 향상시키는 중요한 역할을 합니다. 카본블랙, 그래핀, 탄소나노튜브 등 다양한 도전재가 사용되며, 각각의 특성에 따라 전도도, 비표면적, 분산성이 달라집니다. 도전재의 함량과 분포는 배터리의 내부 저항, 고율 방전 특성, 사이클 수명에 영향을 미칩니다. 최적의 도전재 선택과 배합은 비용 효율성과 성능의 균형을 맞추는 데 중요합니다. 향후 더욱 효율적이고 환경친화적인 도전재 개발이 필요하며, 이는 배터리 제조 공정의 경제성 개선에 기여할 것입니다.

• 3. 바인더(Binder)

  바인더는 활물질과 도전재를 결합하여 전극의 구조적 안정성을 유지하는 필수 성분입니다. PVDF, SBR, CMC 등의 바인더는 전극의 기계적 강도, 전자 전도도, 이온 전도도에 영향을 미칩니다. 바인더의 함량이 많으면 구조 안정성은 향상되지만 에너지 밀도가 감소하고, 함량이 적으면 사이클 수명이 단축될 수 있습니다. 최근 수계 바인더 개발로 환경 오염을 줄이려는 노력이 진행 중이며, 고분자 바인더의 개선을 통해 배터리 성능을 한 단계 향상시킬 수 있습니다. 바인더 선택은 전극 제조 공정과 최종 배터리 성능의 균형을 맞추는 데 중요한 역할을 합니다.

• 4. 슬러리(Slurry) 및 집전체(Current Collector)

  슬러리는 활물질, 도전재, 바인더를 용매에 분산시킨 혼합물로서 전극 제조의 기초가 됩니다. 슬러리의 점도, 고형분 함량, 분산 안정성은 코팅 균일성과 전극 밀도에 직접 영향을 미치며, 이는 배터리 성능과 수율을 결정합니다. 집전체는 알루미늄(양극)과 구리(음극)로 주로 사용되며, 전자 수집과 기계적 지지 역할을 합니다. 집전체의 두께, 표면 처리, 코팅 상태는 배터리의 내부 저항과 수명에 영향을 미칩니다. 슬러리 제조 기술과 집전체 설계의 최적화는 배터리 제조 효율성 향상과 원가 절감에 필수적이며, 향후 더욱 정교한 공정 제어가 요구됩니다.