흑연 양극 소재의 기술적 지표는 매우 다양하며, 이를 모두 고려하기는 어렵습니다. 주요 지표로는 비표면적, 입자 크기 분포, 탭 밀도, 압축 밀도, 진밀도, 초기 충방전 비용량, 초기 효율 등이 있습니다. 또한, 사이클 성능, 속도 성능, 팽창률 등의 전기화학적 지표도 있습니다. 그렇다면 흑연 양극 소재의 성능 지표는 무엇일까요? 다음은 흑연 양극 소재 제조업체인 HCMilling(Guilin Hongcheng)에서 제공하는 정보입니다.양극 재료 분쇄기.

01 비표면적

비표면적은 단위 질량당 물체의 표면적을 나타냅니다. 입자가 작을수록 비표면적은 커집니다.

입자 크기가 작고 비표면적이 넓은 음극은 리튬 이온 이동을 위한 채널이 많고 이동 경로가 짧아 속도 성능이 우수합니다. 그러나 전해질과의 접촉 면적이 넓어 SEI 막 형성 면적 또한 커져 초기 효율이 낮아집니다. 반면, 입자 크기가 큰 음극은 치밀도가 높아 압축성이 우수하다는 장점이 있습니다.

흑연 양극 재료의 비표면적은 5m2/g 미만인 것이 바람직하다.

02 입자 크기 분포

흑연 양극 소재의 입자 크기가 전기화학적 성능에 미치는 영향은 양극 소재의 입자 크기가 소재의 탭 밀도와 비표면적에 직접적인 영향을 미친다는 점입니다.

탭 밀도의 크기는 재료의 부피 에너지 밀도에 직접적인 영향을 미치며, 재료의 성능을 극대화하려면 적절한 입자 크기 분포가 필수적입니다.

03 탭 밀도

탭 밀도는 분말을 진동시켜 비교적 촘촘하게 패킹한 후 측정한 단위 부피당 질량입니다. 이는 활성 물질의 성능을 측정하는 중요한 지표입니다. 리튬 이온 배터리의 부피는 제한되어 있기 때문에 탭 밀도가 높을수록 단위 부피당 활성 물질의 질량이 커지고, 따라서 부피당 용량이 커집니다.

04 다짐 밀도

압축 밀도는 주로 극편에 대한 것으로, 음극 활물질과 바인더를 극편으로 만든 후 압연 후의 밀도를 의미하며, 압축 밀도 = 면적 밀도 / (압연 후 ​​극편의 두께 - 동박 두께)입니다.

압축 밀도는 판재의 비 용량, 효율, 내부 저항 및 배터리 사이클 성능과 밀접한 관련이 있습니다.

다짐 밀도에 영향을 미치는 요인으로는 입자 크기, 분포 및 형태가 모두 영향을 미칩니다.

05 실제 밀도

절대 밀도 상태(내부 공극 제외)의 물질 단위 부피당 고체 물질의 무게.

실제 밀도는 압축된 상태에서 측정되므로 탭 밀도보다 높습니다. 일반적으로 실제 밀도 > 압축 밀도 > 탭 밀도입니다.

06 첫 번째 충전 및 방전 비용량

흑연 음극 소재는 초기 충방전 주기에서 비가역적인 용량 손실을 나타냅니다. 리튬 이온 배터리의 첫 번째 충전 과정에서 음극 소재 표면은 리튬 이온과 전해질 내 용매 분자가 함께 삽입되는 반응을 보이며, 이 과정에서 음극 소재 표면이 분해되어 SEI(고체 전해질 계면) 보호막이 형성됩니다. 음극 표면이 SEI 막으로 완전히 덮인 후에야 용매 분자의 삽입이 차단되어 반응이 멈춥니다. SEI 막 생성 과정에서 리튬 이온이 일부 소모되는데, 이 소모된 리튬 이온은 방전 과정에서 음극 표면에서 추출되지 못하고 비가역적인 용량 손실을 초래하여 첫 번째 방전 시 비용량을 감소시킵니다.

07 첫 번째 쿨롱 효율

양극 소재의 성능을 평가하는 중요한 지표 중 하나는 제1 충방전 효율, 즉 제1 쿨롱 효율입니다. 이 쿨롱 효율은 전극 소재의 성능을 직접적으로 결정하는 요소입니다.

SEI 막은 주로 전극 재료 표면에 형성되므로 전극 재료의 비표면적은 SEI 막 형성 면적에 직접적인 영향을 미칩니다. 비표면적이 클수록 전해질과의 접촉 면적이 넓어지고 SEI 막이 형성될 수 있는 면적도 커집니다.

일반적으로 안정적인 SEI 막의 형성은 배터리의 충방전에 유리하고, 불안정한 SEI 막은 반응에 불리하여 전해액을 지속적으로 소모하고 SEI 막의 두께를 증가시키며 내부 저항을 높이는 것으로 알려져 있습니다.

08 사이클 성능

배터리의 사이클 성능이란 특정 충방전 조건에서 배터리 용량이 특정 값까지 떨어질 때까지 배터리가 겪는 충방전 횟수를 의미합니다. 사이클 성능 측면에서 SEI 막은 리튬 이온의 확산을 어느 정도 저해합니다. 사이클 횟수가 증가함에 따라 SEI 막은 계속해서 탈락되고 음극 표면에 축적되어 음극의 내부 저항을 점진적으로 증가시키고, 이는 열 축적 및 용량 손실을 초래합니다.

09 확장

음극 팽창과 사이클 수명 사이에는 양의 상관관계가 있습니다. 음극이 팽창하면 첫째, 권선 코어가 변형되고, 음극 입자에 미세 균열이 발생하며, SEI 막이 파괴되고 재구성되며, 전해액이 소모되어 사이클 성능이 저하됩니다. 둘째, 격벽이 압축됩니다. 특히 극 귀의 직각 모서리 부분에서 격벽이 눌리는 현상이 심각해져 충방전 사이클이 진행됨에 따라 미세 단락이나 미세 금속 리튬 석출이 발생하기 쉽습니다.

팽창 자체에 관해서는, 리튬 이온이 흑연 층간 공간에 삽입되는 과정에서 층간 공간이 확장되고 부피가 증가합니다. 이 팽창은 비가역적입니다. 팽창량은 음극의 배향도와 관련이 있으며, 배향도는 I004/I110으로 계산할 수 있고, 이는 XRD 데이터에서 얻을 수 있습니다. 이방성 흑연 소재는 리튬 삽입 과정에서 동일한 방향(흑연 결정의 C축 방향)으로 격자 팽창을 일으키는 경향이 있어 배터리의 부피 팽창이 더 커집니다.

10성능 평가

흑연 양극 소재에서 리튬 이온의 확산은 강한 방향성을 가지는데, 즉 흑연 결정의 C축 끝면에 수직 방향으로만 삽입될 수 있습니다. 입자 크기가 작고 비표면적이 큰 양극 소재일수록 속도 성능이 우수합니다. 또한, 전극 표면 저항(SEI 막으로 인한)과 전극 전도도 역시 속도 성능에 영향을 미칩니다.

사이클 수명 및 팽창과 마찬가지로, 등방성 음극은 다수의 리튬 이온 수송 채널을 가지고 있어 비등방성 구조에서 나타나는 적은 유입구와 낮은 확산 속도 문제를 해결합니다. 대부분의 소재는 과립화 및 코팅과 같은 기술을 사용하여 속도 성능을 향상시킵니다.

HCMilling(Guilin Hongcheng)은 양극재 분쇄기 제조업체입니다.HLMX 시리즈양극 재료 감독자-정밀 수직 분쇄기, 히치양극 재료 초미세 분쇄기당사에서 생산하는 기타 흑연 분쇄기는 흑연 양극재 생산에 널리 사용되고 있습니다. 관련 제품이 필요하시면 장비에 대한 자세한 정보와 다음 정보를 제공해 주시기 바랍니다.

원료명

제품 미세도(메쉬/μm)

용량(t/h)