I. 건식전극 제조기술 분석
1. 건식 및 습식 공정 소개 및 재료 비교
전통적인 습식 공정은 용매에 활물질, 도전제, 결합제를 특정 비율로 혼합한 후 캘린더링을 통해 슬롯-다이 코터를 통해 혼합물을 집전체 표면에 코팅하는 과정을 포함합니다.
건식 공정에는 활성 입자와 전도성 물질을 균일하게 건식 혼합하고-결합제를 첨가하고 결합제 세동화를 통해 자립형 필름을 형성하고 최종적으로 집전체 표면에 캘린더링하는 작업이 포함됩니다.
2. 드라이필름 제조공정
2.1 자체-보조 필름 건조 준비 공정
건식 필름 방법에는 바인더 피브릴화와 정전 분사가 포함되며, 바인더 피브릴화가 주류 기술입니다. 정전분무는 후속 가공성, 접착 안정성, 전극 유연성 및 내구성 측면에서 바인더 피브릴화에 비해 성능이 낮습니다.
바인더 피브릴화 : 활물질 분말과 도전제를 혼합하고, PTFE 바인더를 첨가하고, 외부 고전단력을 가하여 PTFE, 접합전극필름 분말을 피브릴화시킨다. 그런 다음 혼합물은 자립형 필름으로 압출됩니다-.
정전기 분사: 활성 물질, 전도성 물질 및 바인더 입자가 고압 가스와 미리-혼합되어 있습니다.- 분말은 정전기 스프레이 건을 통해 음전하를 띠고 양전하를 띤 금속 호일 전류 수집 장치에 증착됩니다. 그런 다음 바인더-코팅된 수집기를 열간압착-합니다. 녹은 바인더는 다른 분말에 달라붙어 자체{6}}자립형 필름으로 압축됩니다.
2.2 피브릴화 건식 공정 기술의 원리
피브릴화는 외부 전단력에 따라 PTFE를 피브릴로 변환합니다. PTFE의 낮은 반 데르 발스 힘과 느슨한 적층으로 인해 전단력은 응집체를 네트워크 결합 전극 분말을 형성하는 원섬유로 변환합니다.
온도와 전단력은 PTFE 피브릴화에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 19도 이상에서는 PTFE가 삼사정계에서 육각형 결정계로 전환되어 분자 사슬이 부드러워지고 세동이 가능해집니다.
세동 필름-제작이 전극 캘린더링보다 우선합니다. 주류 세동 장비에는 제트 밀, 스크류 압출기 및 오픈 밀이 포함됩니다.
PTFE와 활성 물질을 완전히 혼합한 후 혼합물을 세동 기계에 공급합니다. 롤러 압력을 받으면 자립-필름을 형성합니다. 실험 데이터에 따르면 공급 속도가 낮을수록 전극 필름 임피던스가 증가하는 반면, 캘린더링 힘이 클수록 임피던스가 감소하는 것으로 나타났습니다.
II. 건식 전극과 습식 전극의 장점과 단점
1. 비용 절감: 제조 비용 18% 절감
건식 공정에는 단계가 더 적습니다. 대량 생산을 통해 셀 제조 비용이 18%(0.056RMB/Wh) 절감됩니다. 습식가공 분야에서는 코팅/건조 비용과 용제회수 비용이 각각 장비비용, 인건비, 설비비용, 에너지 비용 중 22.76%와 53.99%를 차지한다. 건식 공정은 슬러리 코팅을 자체{7}}자립형 필름 형성으로 대체하여 NMP 용매 제거, 전극 건조 및 용매 회수-비용을 크게 절감합니다.
건식 공정은 더욱 친환경적이고 확장성이 뛰어납니다.- 독성 NMP(N-메틸피롤리돈)는 습식 공정에서 에너지-집약적인 재활용이 필요합니다. 무용제-건식 처리는 작업 흐름을 단순화하고 장비 설치 공간을 줄이며 대규모 전극 생산을 가능하게 합니다.-
2. 더 높은 활성 물질 밀도: 20% 에너지 밀도 증가
PTFE 피브릴화는 습식 전극에 비해 더 부드러운 건식 전극 형태를 가능하게 합니다. 습식 공정에서 용매 증발은 활성 물질과 전도성 물질 사이에 공극을 생성하여 압축 밀도를 낮춥니다. 건조하지 않고 건식 전극은 공극을 제거하여 입자 접촉을 더욱 긴밀하게 보장합니다.
건식 전극은 더 적은 균열/미세 기공으로 더 높은 압축 밀도를 달성합니다.
- LFP: 2.30g/cm3 → 3.05g/cm3(+32.61%)
- NMC: 3.34g/cm3 → 3.62g/cm3(+8.38%)
- 흑연 양극: 1.63 g/cm3 → 1.81 g/cm3 (+11.04%)
부피당 활성 물질 함량이 높을수록 에너지 밀도가 높아집니다.
건전지는 동일한 조건에서 20% 더 높은 에너지 밀도를 달성합니다. Maxwell 데이터에 따르면 건식 전극은 300Wh/kg을 초과하며 500Wh/kg에 도달할 가능성이 있습니다.
건식 전극은 더 큰 두께 제한(30 µm~5 mm 대 습식 전극의 160 µm)을 지원하여 면적 용량과 다양한 활물질과의 호환성을 향상시킵니다.
3. 우수한 전기적 성능
실험실 테스트에서는 건식{0}}공정 배터리가 주기 수명, 내구성 및 임피던스 면에서 탁월한 것으로 확인되었습니다. 피브릴 네트워크는 재료 안정성과 전기적 성능을 향상시킵니다.
습식 처리에서는 500사이클 동안 활성 입자에 내부 응력이 축적되어 -배터리 성능을 저하시키는 단면 균열이 발생합니다. 건식 가공에서는 피브릴 네트워크가 활성 물질을 코팅하여 표면 균열을 최소화하면서 500회 주기 후에도 구조적 무결성을 유지합니다. 또한 메쉬 구조는 활물질 팽창을 억제하고, 집전체로부터 입자 이탈을 방지하며, 안정성과 전기적 성능을 향상시킵니다.
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