NCM 배터리 양극재 건식공정 소개 및 습식공정 비교 분석

 

NCM 배터리 양극제 건식공정 소개 및 습식공정 비교 분석
2차 배터리는 전기자동차에 있어 핵심 기술로 내연차를 대체하기 위해서는 꼭 필요한 산업이기도 합니다. NCM배터리는 양극제 전해액 분리막 음극제로 구성되어있는데요 그중 제일 중요한 소제로 양극제의 건식공정 과정에 대해 알아보겠습니다.

1. NCM 배터리 양극제 건식공정 개요

NCM 배터리 양극제 건식공정은 액체 용매를 사용하지 않고 폴리머 바인더를 이용하여 활물질 입자를 코팅하는 기술입니다. 습식공정과 달리 슬러리 제조, 코팅, 건조 과정을 거치지 않고, 활물질, 바인더, 전도성 첨가제를 직접 혼합하여 전극을 제조합니다.

2. 건식공정의 장점

• 높은 에너지 밀도: 액체 용매가 없어 활물질 함량이 높아지고, 전극 두께가 감소하여 에너지 밀도가 높아집니다.

• 향상된 안전성: 액체 용매가 없어 발화 위험이 낮고, 열 안정성이 높아져 안전성이 향상됩니다.

• 낮은 생산 비용: 슬러리 제조, 코팅, 건조 과정이 없어 생산 공정이 간소화되고, 폐기물 발생량이 감소하여 생산 비용이 낮아집니다.

• 친환경: 액체 용매를 사용하지 않아 환경 오염이 적습니다.

3. 습식공정과의 비교

항목	건식공정	습식공정
에너지 밀도	높음 (20% 이상 향상)	상대적으로 낮음
안전성	높음 (열 폭주 위험 감소)	상대적으로 낮음
생산 비용	낮음 (10% 이상 감소)	높음
친환경성	높음	상대적으로 낮음
생산 공정	간소화됨	복잡함
폐기물 발생량	적음	많음
기술 성숙도	상대적으로 낮음	높음

4. 건식공정의 기술적 과제

낮은 활물질 활용도: 건식공정은 습식공정에 비해 활물질과 전도성 첨가제의 접촉이 부족하여 활물질 활용도가 낮습니다.
낮은 생산 속도: 건식공정은 습식공정에 비해 생산 속도가 느립니다.
높은 초기 투자 비용: 건식공정은 습식공정에 비해 초기 투자 비용이 높습니다.

5. 건식공정의 미래 전망

건식공정은 높은 에너지 밀도, 안전성, 친환경성을 가지고 있으며, 생산 비용을 낮출 수 있는 잠재력이 높습니다. 하지만, 기술적 과제를 해결해야 상용화가 가능합니다. 지속적인 연구 개발을 통해 건식공정 기술이 성숙해진다면, NCM 배터리의 성능과 경쟁력을 향상시키는 데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

6. 단결정 양극제를 사용하는 건식공정

건식공정은 일반적으로 다결정 양극재를 사용하는 습식공정과 달리 단결정 양극재를 사용합니다. 단결정 양극재는 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.

단결정 양극재의 장점:

• 높은 에너지 밀도: 단결정 구조는 다결정 구조보다 리튬 이온의 이동 경로가 더 짧고 균일하여 에너지 밀도가 높아집니다.

• 향상된 충방전 효율: 단결정 구조는 리튬 이온의 삽입/추출 과정이 더 효율적으로 일어나 충방전 효율이 높아집니다.

• 긴 수명: 단결정 구조는 다결정 구조보다 구조적 결함이 적어 수명이 길어집니다.

• 향상된 안전성: 단결정 구조는 열 안정성이 더 높아 안전성이 향상됩니다.

건식공정에서 단결정 양극재를 사용하는 이유:

• 높은 에너지 밀도: 건식공정은 액체 용매를 사용하지 않아 활물질 함량이 높아지고, 전극 두께가 감소하여 에너지 밀도를 높일 수 있습니다. 단결정 양극재는 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 건식공정의 장점을 더욱 극대화할 수 있습니다.

• 향상된 안전성: 건식공정은 액체 용매를 사용하지 않아 발화 위험이 낮고, 열 안정성이 높아져 안전성이 향상됩니다. 단결정 양극재는 열 안정성이 더 높아 건식공정의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

• 낮은 생산 비용: 건식공정은 슬러리 제조, 코팅, 건조 과정이 없어 생산 공정이 간소화되고, 폐기물 발생량이 감소하여 생산 비용이 낮아집니다. 단결정 양극재는 생산 비용이 다결정 양극재보다 높지만, 건식공정의 생산 비용 절감 효과를 통해 경쟁력을 확보할 수 있습니다.

단결정 양극재 사용의 과제:

• 높은 초기 투자 비용: 단결정 양극재는 생산 공정이 복잡하고, 다결정 양극재보다 생산 비용이 높습니다.

• 낮은 생산 속도: 단결정 양극재는 생산 속도가 다결정 양극재보다 느립니다.

건식공정은 단결정 양극재를 사용하여 NCM 배터리의 성능을 향상시키고, 생산 비용을 낮출 수 있는 잠재력이 높은 기술입니다. 지속적인 연구 개발을 통해 단결정 양극재의 생산 비용을 낮추고, 생산 속도를 높인다면, 건식공정은 NCM 배터리 제조의 주류 기술로 자리매김할 것으로 기대됩니다.