리튬 이온 배터리에서 전해질과 분리막은 양극과 음극과 함께 배터리의 네 가지 핵심 소재를 구성합니다. 양극과 음극이 에너지 밀도의 상한선을 결정한다면, 전해질은 배터리의 "혈액"과 같고, 분리막은 질서와 안전성을 유지하는 "안전 밸브" 역할을 합니다. 이 네 가지 소재는 리튬 이온이 배터리 내부에서 효율적이고 안전하며 안정적으로 이동할 수 있도록 하며, 배터리의 전반적인 성능과 신뢰성에 결정적인 역할을 합니다.

I. 리튬 배터리의 "혈액" — 전해질

널리 알려진 바와 같이, 전해액은 리튬 배터리의 "혈액"으로 불립니다. 전해액이 주입되어야만 배터리는 비로소 제대로 작동하기 시작하며, 그렇지 않으면 내용물이 없는 껍데기에 불과합니다. 전해액이 주입되는 순간, 마치 몸에 영혼이 깃드는 것처럼 배터리가 생명력을 얻게 된다고 할 수 있습니다.

그만큼 리튬 이온 배터리 전해액 주로 유기 용매, 리튬염 및 첨가제로 구성됩니다.

• 유기 용매

• 리튬염

• 첨가제

전해질 안정성 확보, 충방전 효율 향상, 수명 연장 또는 특정 기능 요구 사항 충족을 위해 소량의 첨가제가 일반적으로 사용됩니다. 대표적인 예로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

1. 필름 형성 첨가제: 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 비닐렌 카보네이트(VC)
2. 저온 성능 향상용 첨가제: DTD
3. 난연 첨가제: 인산염 기반 화합물

첨가제는 소량으로 사용되지만 배터리 성능에 상당한 영향을 미치는 경우가 많습니다.

2. 전해질 생산 공정
전해액 생산 공정은 비교적 간단하지만, 엄격한 환경 관리와 정밀한 공정 관리가 필요합니다.

해당 제조법에 따르면, 엄격한 탈수 처리를 거친 용매들을 필요한 비율로 불활성 기체(일반적으로 질소)로 보호되는 혼합 반응기에 먼저 넣습니다. 그런 다음 냉각기를 작동시켜 용매 혼합물을 냉각합니다. 적정 온도에 도달하면 리튬염을 천천히 첨가하면서 교반하여 완전히 용해시킵니다.

이 과정에서 리튬염, 특히 LiPF₆의 용해는 발열 반응이므로 용액의 온도가 상승합니다. 따라서 염을 첨가하기 전과 첨가하는 동안 냉각이 반드시 필요합니다. 리튬염은 천천히 소량씩 첨가해야 하며, 전해액 품질 저하를 방지하기 위해 온도를 지속적으로 모니터링해야 합니다.

리튬염이 완전히 용해되면 필요한 첨가제를 넣고 철저히 혼합합니다. 샘플링 및 테스트를 통해 규격 준수가 확인되면 전해액을 스테인리스강 용기에 가압 충전하고 최종 포장 및 보관 전에 일정 기간 동안 방치합니다.

3. 전해질의 주요 기술 매개변수
조성 및 고객 요구 사항에 따라 전해액 사양은 달라질 수 있습니다. 일반적인 기술 매개변수는 다음과 같습니다.

• 이온 전도도

이온 전도도는 전해질의 가장 중요한 특성 중 하나로, 배터리 내부의 리튬 이온 이동에 직접적인 영향을 미칩니다. 높은 전도도는 고속 및 고전류 충방전을 가능하게 합니다.
전도도는 리튬염 농도와 용매 조성에 큰 영향을 받습니다. 일반적으로 전해질의 전도도는 5~15 mS/cm 범위입니다.

• 밀도

밀도는 주로 용매 조성과 리튬염 농도의 영향을 받습니다. 밀도가 높은 용매의 비율이 높거나 염 함량이 높을수록 전해질 밀도가 높아집니다. 일반적인 범위는 1.0~1.5g/mL입니다.

• 수분 함량

수분은 매우 중요한 변수이며, 일반적으로 원료의 건조가 불충분하거나 가공 과정에서 발생합니다. 과도한 수분은 리튬염이 물과 반응하여 산성 물질을 생성하고, 이는 배터리 성능을 저하시킬 수 있습니다.
수분 함량은 일반적으로 10ppm 미만이어야 하며, 최대 허용치는 20ppm입니다.

• 신맛

높은 산성도는 배터리 내부 부품을 부식시키고 부작용을 일으켜 용량 감소 및 사이클 성능 저하를 초래할 수 있습니다.

• 색상(색도)

적합한 전해액은 무색 투명해야 합니다. 부적절한 작동이나 특정 첨가제로 인해 변색될 수 있습니다. 배터리 제조업체는 일반적으로 색상에 대해 엄격하지 않으며, 50 미만의 값은 일반적으로 허용됩니다. 이보다 높은 값은 불량으로 간주됩니다.

• 점도

점도는 리튬 이온의 이동성에 영향을 미칩니다. 이상적으로는 점도가 낮을수록 좋습니다. 리튬염 함량이 높거나 EC 함량이 높은 전해질은 점도가 높은 경향이 있는 반면, 선형 탄산염이 풍부한 전해질은 일반적으로 점도가 낮습니다.

• 이온 불순물

고급 응용 분야에서는 이온 불순물, 특히 구리나 철과 같은 금속 이온을 엄격하게 관리해야 합니다. 이러한 불순물은 내부 반응을 유발하고 안전상의 위험을 초래할 수 있으므로 엄격한 제한이 적용됩니다.

이상적인 전해질은 상기 사양을 충족하는 것 외에도 높은 유전 상수, 넓은 전기화학적 윈도우, 우수한 전기화학적 및 열적 안정성, 저렴한 비용, 무독성 및 높은 안전성을 보여야 합니다. 그러나 이러한 특성을 동시에 달성하기는 어려운 경우가 많습니다. 예를 들어, 높은 전도도와 높은 유전 상수를 갖는 전해질은 일반적으로 점도가 높으며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

최근 에너지 밀도 향상에 대한 요구와 전고체 배터리의 등장으로 전해액 산업에 어느 정도 영향이 있었습니다. 그러나 현재 전고체 배터리 기술의 발전 단계를 고려할 때, 액체 리튬 배터리를 완전히 대체하기까지는 상당한 시간이 걸릴 것으로 예상됩니다. 가까운 미래에도 액체 리튬 이온 배터리가 시장을 주도할 것이며, 따라서 전해액 시장은 비교적 안정적인 상태를 유지할 것으로 전망됩니다.

II. 리튬 배터리의 "안전 밸브" - 분리막

그만큼 리튬 이온 배터리 분리막 양극판은 리튬 배터리의 또 다른 필수 구성 요소이자 4대 주요 소재 중 하나입니다. 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 만들어진 흰색의 다공성 고분자 필름입니다. 양극판의 주요 기능은 음극과 양극을 물리적으로 분리하여 내부 단락을 방지하는 것입니다.

1. 분리기의 기능

• 음극과 양극을 분리하여 내부 단락을 방지하기 위함
• 충전 및 방전 중 리튬 이온 이동 경로를 제공하기 위해 (전자는 차단하고 이온은 통과시킴)

2. 분리기의 종류 및 제조 공정

리튬 이온 배터리 연구 개발, 셀 제조 장비 및 배터리 팩 조립 솔루션 분야에서 폭넓은 경험을 보유하고 있습니다. 에이시 뉴 에너지 효율적이고 신뢰할 수 있으며 확장 가능한 시스템을 구축하는 데 있어 연구자, 제조업체 및 신규 산업 진출자를 지원하는 데 전념하고 있습니다. 리튬 배터리 생산 라인 Acey New Energy는 소재 평가 및 공정 개발부터 완벽한 생산 라인 통합에 이르기까지, 진화하는 리튬 이온 배터리 산업에 전문적인 기술 지원과 포괄적인 솔루션을 제공합니다.