전지용 동박에 관해서는 동박의 향후 개발 방향과 생산 공정을 중심으로 자세히 설명하겠습니다.
리튬이온 배터리는 양극 활물질과 음극 활물질을 기판에 코팅해 극편(Pole Piece)을 만든 후 감거나 적층해 배터리 코어를 형성한다. 여기에 사용되는 기본 재료에는 주로 구리박과 알루미늄박이 포함됩니다. 현재 리튬 배터리 음극은 알루미늄 호일이고 음극은 구리 호일입니다. 이는 전위가 높은 양극에서는 구리가 산화되기 쉽고, 알루미늄박 표면이 치밀한 층을 가지게 되기 때문이다. 산화물 층은 높은 전위에서 내부의 알루미늄을 보호합니다. 이 기사에서는 주로 음극에 일반적으로 사용되는 동박에 대해 설명합니다.
구리는 기계적 강도가 높고 전기 전도성이 뛰어납니다. 지각의 함량은 약 0.01%입니다. 자연계에서는 대부분 구리광석의 형태로 존재합니다. 동박은 제조방법에 따라 전해동과 압연동으로 구분됩니다. 압연동은 연성이 좋고 생산상의 기술적 난이도가 높습니다. 준비에는 많은 공정이 필요하고 비용도 높습니다. 국내 기업은 거의 없습니다. 이 방법을 이용해 잘 생산하는 업체로는 미국의 Olin Brass, 일본의 Nippon Mining 등이 있습니다.
현재 배터리 셀 공장에 사용되는 동박은 대부분 전기분해 방식으로 생산된다. 1922년 에디슨은 연속 전해동박 제조방법을 발명해 특허를 출원했다. 황산동 전해질에 담긴 연속 회전하는 금속 롤러를 음극으로, 불용성 금속을 양극으로 사용했습니다. 이 방법의 탄생은 전해동산업의 시작을 알렸다. 시작하다. 1937년 미국 아나콘드 동공장에서는 에디슨의 특허를 실전에 투입해 전해동박 생산에 성공했다. 전해동박의 개발 역사를 통틀어 우리는 그것이 항상 인쇄회로기판의 추세를 따라왔다는 것을 알 수 있습니다. 가전제품에 리튬이온전지가 대규모로 적용되면서 전해동박은 양극으로서의 새로운 분야로 떠올랐다. 우수한 전기 전도성, 내파쇄성, 저렴한 가격을 갖춘 집전체가 급속히 홍보되어 대규모로 적용되고 있습니다. 이제 신에너지 차량, 5G 및 에너지 저장 장치의 대규모 홍보 및 적용으로 인해 전해 동박에 대한 수요가 새로운 폭발을 보이고 있습니다.
안전성, 사이클 성능 등을 보장하면서 배터리 코어의 체적 에너지 밀도를 최대한 높이려면 배터리 셀 설계자는 제한된 배터리 코어 쉘에 더 많은 활성 물질을 채워야 합니다. 나는 음극 집전체 동박이 미래에 다음과 같은 방향으로 발전할 수 있다고 생각한다.
1. 초박형 동박: 이러한 추세는 이제 8um에서 6um로, 그리고 이제는 4.5um까지 명백해졌으며 일부 제조업체에서는 이를 소규모 배치로 도입하고 있습니다. 아마도 4um 이하의 동박은 향후 양산이 추진될 것으로 보인다. 이 기능 또한 분명합니다. 이는 배터리 코어의 부피와 질량 에너지 밀도를 최대한 높이는 것입니다. 그러나 이로 인해 동박 제조 및 배터리 코어 코팅 제어에 대한 요구 사항이 더 높아집니다. 결국 동박이 얇을수록 코팅 공정 중 스트립이 파손될 위험도 높아집니다.
2. 천공 동박: 즉, 화학적 부식을 통해 동박 표면에 미세 기공을 생성하여 기판의 무게를 줄이고 배터리 코어의 질량 에너지 밀도를 높입니다. 기공 크기를 조절하고 식각액 종류를 최적화하는 것이 필요합니다. 하나는 기공 직경이 너무 커서 단면 코팅 슬러리를 유지하기 어려운 것을 방지하는 것이고, 다른 하나는 잔류 식각액이 순환, 가스 생성 등 전지 코어의 성능에 미치는 영향을 평가하는 것입니다. , 등.
3 동박 분사: 이는 플라스틱 기판에 양면 동도금을 하는 것과 같습니다. 이는 집전체 전자 전도 기능을 유지할 뿐만 아니라 기판의 무게를 줄이고 배터리 코어의 질량 에너지 밀도를 향상시킵니다. 그러나 제조 과정에서 냉간 압착 및 탭 용접과 같은 공정 문제에 직면할 수 있습니다.
신에너지 자동차의 보급률이 지속적으로 증가함에 따라 기존 동박 생산능력은 점점 부족해지고 있으며, 수요와 공급 사이에 일정한 격차가 존재하고 있습니다. 동박 산업은 향후 전력전지 시장 수요를 충족시키기 위해 점진적으로 생산을 확대할 것으로 예상된다.
전해동박의 제조는 크게 구리용해, 원료박, 표면처리의 3단계로 나누어진다. 구리를 용해시키는 공정은 구리 용해조에서 구리원료와 황산을 혼합하고 반응시켜 황산구리 용액을 생성시키는 공정이다. 화학 반응식은 다음과 같습니다.
Cu+O2→CuO
CuO+H2SO4→CuSO4+H2O
구리 용해 과정에서 환경의 먼지와 원료 액체의 이물질을 관리하여 구리 호일 표면에 후속 얼룩이 생겨 고르지 않은 얼룩이 생기는 것을 방지해야 합니다. 이러한 상황은 코팅 중에 다이 헤드에 걸려 스트립이 파손될 수 있습니다. 따라서 이 단계에서는 용액 중의 불순물을 완전히 걸러내기 위해 여과단계를 추가해야 한다.
구리 용해 공정에서 얻은 CuSO4 용액을 전해질로 사용하고, 대구경 티타늄 롤러를 음극으로 사용하고, 호형 납 합금판을 양극으로 사용합니다. 전기화학적 공정 매개변수를 제어함으로써 용액의 구리 이온은 음극에 침전되어 연속적인 구리 층을 형성합니다. 음극 롤러의 지속적인 회전을 통해 증착된 구리 호일은 다음 그림과 같이 연속적으로 롤로 벗겨져 원시 호일을 얻습니다.
동박은 거친 면과 매끄러운 면이 있습니다. 매끄러운 면은 음극 롤러와 접촉하고, 거친 면은 전해질과 직접 접촉합니다. SEM 사진은 다음과 같습니다.
구리는 산화되기 쉽기 때문에 원박을 얻은 후에는 거칠게 가공하고 배리어층과 산화 방지층으로 도금하여 보관 및 운송을 용이하게 해야 합니다. 구체적인 프로세스 다이어그램은 다음과 같습니다.
와인딩, 라미네이션 등 제조업체마다 셀 모델 및 생산 공정의 차이로 인해 모재인 구리와 알루미늄 호일은 제조업체별로 보편적인 하나의 폭을 갖기가 어렵기 때문에 기업 단위로 분할이 필요합니다. 슬리팅 과정 중. 특정 너비가 필요합니다.
