전구체의 개념 및 생산 방법(양극재와 차이점)

배터리의 구조에서 양극재가 있습니다. 하지만 양극재를 생산하기 위해서 전구체가 필수적입니다. 그렇다면 전구체는 무엇이고 양극재와 어떤 차이점이 있는지 확인해보겠습니다.

 

목 차

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전구체(precursor)

  최종 생산물 이전의 과정 중에 있는 물질들을 전구체라고 합니다. 하지만 배터리에서 보통 지칭하는 전구체는 생산물 직전의 단계의 물질을 전구체라고 부릅니다. 즉, 생성물과 밀접한 구조를 가지고 많은 과정을 거치지 않고 최종 생산물을 만들 수 있는 중간 생성물입니다. 아래의 그림을 참고하시면 바로 아실 수 있습니다.

전구체의 개념

 

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전구체와 양극재

  전구체 구조에 리튬 이온을 넣어준 물질이 양극재입니다. 즉, 전구체에 리튬 소스(수산화리튬, 탄산리튬 등) 분말을 혼합하여 열처리해주면 양극재가 생성되는 것입니다. 비유를 들자면 전구체는 비어있는 공실의 아파트이고, 양극재는 그 아파트에 거주자들로 꽉 차게 되면 양극재가 되는 것입니다.

NCA 양극재 생성 과정 중 전구체(전구물질)

 

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전구체의 생성 방법

 

 #1 공침법

  화학적 용액을 혼합하여 특정 조건에서 얻고자 하는 조성을 침전시키는 방법입니다. 주로 층상구조와 스피넬 구조의 양극 전구체를 만듭니다. 최근 가장 핫한 양극재인 NCM, NCA, NCMA 등이 바로 공침법으로 만들어집니다.

 

 

#2 스프레이 건조(분무건조)

  얻고자하는 물질의 원료 소스를 넣어준 용액이나 슬러리를 분무 형식으로 흩뿌려 고온의 기체로 건조해 결정화하는 방법입니다. 올리빈구조에 많이 사용되는 방법입니다.

 

전구체 합성 방법(공침법, 스프레이 건조법)

 

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단결정 vs 다결정 전구체

  단결정 전구체가 고용량/고성능 배터리에 적합합니다. 이유는 배터리 생산 공정 중 롤러로 눌러주는 공정에서 다결정의 경우 입자가 깨져 부산물이 발생해 배터리 효율을 떨어뜨립니다. 또한 단결정 구조보다 내부 기공이 많아 밀도도 떨어집니다. 즉, 단결정 양극재를 사용할 경우 극판 밀도 ↑, 충진율 ↑, 로딩량 ↑, 전기화학반응 속도↑ 의 장점이 있어 고용량/고성능 배터리에 적합합니다.

 

단결정 구조와 다결정 구조 차이

 

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대립경 vs 소립경 전구체

  소립경 전구체의 비율이 높아질수록 고용량/고성능 배터리에 적합합니다. 소립경 양극재는 크기가 5㎛ 이하의 입자를 뜻합니다. 반대로 대립경 양극재의 경우 10 ~ 20㎛의 크기를 가집니다. 소립경 양극재가 유리한 이유는 높은 에너지 저장능력과 빠른 전기화학 속도를 가지기 때문입니다. 하지만 대립경의 가격이 저렴하기 때문에 대립경 양극재에 소립경 양극재를 혼합하여 배터리를 제작하고 있습니다.

 

대립경 양극재와 소립경 양극재

 

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읽어주셔서 감사합니다 ^^