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리튬 배터리용 활성탄

활성탄은 리튬 이온 배터리 제조 과정에서 핵심적인 역할을 합니다. 이는 전도성 첨가제, 기공 형성제, 전해질 정화제로 사용되어 전극의 전기 전도도를 높이고, 이온 이동 효율을 향상시키며, 전해질 시스템에서 수분과 이물질을 제거함으로써, 이를 통해 배터리의 에너지 밀도, 수명, 안전성을 극대화합니다.
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리튬 배터리용 활성탄 대표 이미지

리튬 배터리용 활성탄이란 무엇인가요?

리튬 활성탄은 리튬 이온 배터리 생산 과정에서 다양한 용도로 사용되는 특수한 종류의 활성탄으로, 전극 전도성 첨가제, 전극 페이스트 배합물의 기공 형성제, 그리고 셀 조립 전 배터리 등급 전해액에서 물, 산성 불순물 및 유기 오염 물질을 제거하는 전해질 정제 매체로 사용되며, 이는 셀 조립 전에 수행됩니다.

여과 및 정화 용도의 활성탄과는 달리, 리튬 전지용 등급의 활성탄은 BET 표면적, 전기 전도도, 입자 직경 분포, 수분 함량, 자성 입자 오염 및 금속 불순물 등을 포함하는 매우 엄격한 기준에 따라 생산됩니다. 이 모든 요소는 배터리의 특성, 즉 전기 전도도, 리튬 이온 이동의 동역학적 특성, 내부 저항, 저장 용량, 사이클 수명에 직접적인 영향을 미치며, 무엇보다 중요한 것은 발열 및 안전성입니다. ACCC에 극히 미량의 금속 오염이나 수분이 포함되어도 내부 단락을 유발하거나, 용량 감소를 가속화하거나, 완성된 배터리 셀에서 발열을 일으킬 수 있습니다.

전 세계적으로 전기차(EV), 전력망 및 전기차 관련 요구 사항이 급속히 증가함에 따라 LCI에 대한 수요도 급속히 늘어나고 있으며, 이로 인해 소재 선정과 공급업체 선정은 배터리 셀 생산 과정에서 핵심적인 단계로 자리 잡고 있습니다.

리튬 배터리용 활성탄의 주요 장점

  • 전극 전도도 및 전류 밀도 향상: 활성탄은 양극과 음극 모두에서 전도제로 사용되어 전체 전극 매트릭스의 전기 전도도를 높이고, 내부 저항을 낮추며, 고충전 및 고방전 조건에서 전류 용량을 증가시키고, 전기차(EV) 및 전기차 배터리의 충전 속도를 높이는 데 기여합니다.
  • 공극률 제어를 통한 이온 수송 최적화: 리튬 배터리 등급 활성탄은 정밀하게 제어된 기공 구조를 갖추고 있어 전극 내에 상호 연결된 이온 전달 네트워크를 형성합니다. 이를 통해 활물질 표면으로의 리튬 이온 확산을 촉진하고, 높은 방전 속도에서 농도 분극을 감소시키며, 배터리 셀의 전체 작동 온도 범위에서 용량을 유지합니다.
  • 세포 안전성 및 사이클 수명 향상을 위한 전해질 정제: 배터리 전해액의 정화를 위한 활성탄층은 잔류 수분, HF, 유기 오염 물질 및 용해된 금속 이온을 제거할 수 있습니다. 이러한 물질들은 전해질의 분해를 가속화하고, 고체 전해질막(SEI)의 불안정성을 유발하며, 발열 위험을 높입니다. 이를 통해 완제품 셀의 안전성, 첫 사이클 효율 및 장기 사이클 수명을 직접적으로 향상시킵니다.
  • 초저 수준의 자성 입자 및 금속 불순물 함량: Fe, Ni, Cu 및 기타 금속 오염 물질을 ppm 단위로 엄격히 관리하면, 분리막에 금속 미립자가 침착되어 발생하는 내부 단락을 방지할 수 있습니다. 이는 IATF 16949 및 이에 상응하는 품질 관리 기준에 따라 생산되는 자동차용 배터리의 핵심 안전 규칙입니다.
  • 균일한 전극 슬러리 처리를 위한 일관된 입자 크기: 엄격하게 관리된 입도 분포는 배터리 전극의 대량 생산 과정에서 전극 페이스트의 유변학적 특성, 코팅의 균일성, 그리고 전극 두께의 균일성을 보장합니다.

업계의 과제

금속 불순물 오염은 심각한 안전 위험을 초래한다

활성탄에 포함된 Fe, Ni, Cu 등의 금속 입자가 백만 분의 1 수준에 불과하더라도 셀의 막에 침착될 수 있으며, 이로 인해 내부 단락이 발생하고 용적 손실이 가속화되며 열 손실이 발생할 수 있는데, 이는 자동차용 리튬 배터리 유닛에 있어 용납할 수 없는 안전 위험을 초래한다.

입자 크기의 일관성은 전극 제조 수율에 있어 매우 중요합니다

활성탄 입자 크기 분포가 일정하지 않으면 고속 도장 라인에서 전극 페이스트의 점도가 고르지 않게 되고, 코팅 결함이 발생하며, 전극 두께가 불균일해집니다. 이는 대규모 배터리 제조 공장에서 생산 속도의 직접적인 저하, 셀 간 성능 차이의 확대, 품질 관리 비용의 증가로 이어집니다.

전도도 향상과 활물질 함량의 균형 맞추기

전기 전도성 첨가제로 활성탄을 첨가하면 전극의 전기 전도도는 향상되지만, 그렇지 않았더라면 양극이나 음극의 유효 면적으로 활용될 수 있었던 공간과 무게를 차지하게 되므로, 최종 배터리 셀의 에너지 밀도가 허용할 수 없는 수준으로 저하되지 않으면서도 최대의 전기 전도 효율을 달성하기 위해서는 탄소 함량을 최적화해야 한다.

제품 개요

활성탄

EN-PB-2000

구체적인 사용 사례 — 리튬 배터리용 활성탄

음극 전극용 전도성 첨가제

활성탄은 리튬 이온 배터리의 양극 슬러리(NMC, LFP 및 NCA와 함께)에 전기 전도성 첨가제로 혼합되어, 전극 매트릭스 전체에 걸쳐 전기 전도 경로를 형성하고 유지합니다. 활성탄은 전도성이 낮은 활물질 입자와 전류 수집체 사이의 간극을 연결하여 전극의 내부 저항을 감소시키고, 높은 충전 및 방전 전류 하에서 속도 특성을 향상시키며, 저온에서 용량 활용도를 높이고, 리튬 삽입 및 탈삽입 과정과 관련된 부피 변화 시에도 전극의 형태를 안정적으로 유지합니다.

양극 전극 개질 및 경질 탄소 응용 분야

바이오매스, 수지 또는 고분자 전구체를 기반으로 한 활성탄 및 경질 탄소 소재는 리튬 이온 배터리 음극용 흑연의 대체재로 연구되어 왔으며, 특히 나트륨 이온 및 차세대 리튬 이온 전지의 경우, 활성탄 및 경질-탄소 재료의 무질서한 탄소 구조는 기존 흑연 음극의 특성과 전위 및 용량 면에서 상호 보완적인 조건에서 나트륨 및 리튬 이온의 삽입에 유리한 환경을 제공합니다. 유기 전구체를 제어된 방식으로 활성화하여 제조된 경질 탄소는 상용 나트륨 이온 배터리 셀에 선호되는 음극재로 자리 잡고 있습니다.

배터리 전해액 정제

고순도 배터리 전해액 용액(일반적으로 유기 탄산염 용매에 용해되는 리튬 헥사플루오로인산염(LiPF))은 전해액의 합성 및 가공 과정에서 생성된 잔류 수분, HF산, 용해된 금속 이온 및 유기 오염 물질을 제거하기 위해 철저히 정제해야 합니다. 전해액 정제 공정에서는 활성탄 충전층이나 슬러지 처리 단계를 활용하여 이러한 미세 입자를 흡착함으로써, 이를 통해 전해액의 화학적 순도를 높이고, 고체 전해질 계면(SEI)의 품질을 향상시키며, 첫 번째 사이클의 비가역적 용량 손실을 줄이고, 완성된 리튬 배터리 셀의 장기적인 사이클 안정성을 높입니다.

이온 수송 증진을 위한 전극 기공 형성제

특정 리튬 전지 전극 조성물에서는, 미세 활성탄 입자가 기공 형성 요소로서 전극 코팅에 통합되는데, 이는 압축 전극 구조 내에서 제어된 기공망을 형성하여 전해질의 침투와 리튬 이온이 두꺼운 전극 깊숙한 곳의 활물질 표면으로의 확산을 촉진합니다. 이 방법은 고에너지 밀도 전극 설계의 경우 특히 유용합니다. 고에너지 밀도 전극 설계에서는 단위 면적당 활물질 적재량이 증가함에 따라 이온 이동이 제한되어, 전극의 기공 제어 기능이 불충분한 조건에서 속도 성능과 용량 성능이 저하되기 때문입니다.1

분리막 코팅 및 기능성 층의 적용

연구 개발(R&D) 분야에서는 활성탄을 LiBe 분리 도료 및 기능성 중간층에 도입하고 있으며, 이를 통해 전지 내부에 축적되어 열화를 가속화하는 용해된 전이 금속 이온, 폴리설파이드 셔틀 중간체, 전해질 분해 생성물을 흡수할 수 있습니다. 활성탄 기능성 분리 도료는 이러한 오염 물질이 전극에 침착되거나 칸막이를 넘어 반대쪽 전극을 오염시키기 전에 이를 흡수함으로써, 첨단 리튬 이온 전지 화학에서 사이클 수명을 연장하고 저장 용량을 증가시킵니다.

포메이션 가스 및 전해질 첨가제 정제

리튬 배터리 셀의 형성 단계, 즉 SEI 층이 형성되고 셀이 활성화되는 초기 충방전 기간 동안, 전해질의 분해와 잔류 수분으로 인해 가스가 발생하면 셀이 팽창하고, 부피 감소 및 내부 압력 상승을 유발하여 셀의 무결성을 위협합니다. 활성탄은 배터리 생산 설비의 가스 처리 시스템에 사용되어, 형성 순환 및 전해액 주입 공정 중에 방출되는 유기 용매 증기, 불소 및 유독 가스를 포집하고 제거하는 데 활용됩니다.

배터리 재활용 및 수명 종료 후 소재 처리

전기차(EV) 및 전기차 차량군의 수명이 다해가는 속도가 빨라짐에 따라, 배터리 재활용 및 습식 제련 공정에서 — 특히 블랙 매스 침출액에서 리튬(Li), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn)을 정제하는 데 — 활성탄이 사용되고 있습니다. 활성탄 흡착 단계: 금속 재활용 용액에서 유기 불순물, 잔류 전극 결합 화합물 및 미세 오염 물질을 제거합니다.

당사의 리튬 배터리용 활성탄의 장점

더 높은 전류 밀도 성능을 위한 탁월한 전극 전도도 향상

전도성 첨가제로 사용되는 리튬 배터리용 활성탄은 전극의 전자 전도성을 크게 향상시킵니다. 이는 내부 저항을 낮추고, 높은 충방전 전류 조건에서 속도 특성을 개선하며, 전기차 및 소비자 가전용 리튬이온 배터리 셀의 충전 속도를 높여줍니다.

초저 불순물 함량으로 향상된 셀 안전성 및 사이클 수명

배터리 등급 기준에 따라 금속 오염 물질, 자성 입자 및 수분을 엄격하게 관리함으로써 내부 단락을 방지하고, SEI 불안정을 억제하며, 열폭주 위험을 낮춥니다. 이는 완제품 배터리 셀의 안전 등급을 직접적으로 높이고, 첫 사이클의 쿨롱 효율을 개선하며, 배터리의 전체 수명 기간 동안 장기적인 용량 유지율을 향상시킵니다.

최적의 셀 형성 및 성능을 위한 정밀 전해질 정제

고순도 활성탄은 셀 충전 전에 배터리 전해액에서 잔류 수분, HF산, 용해된 금속 및 유기 불순물을 제거합니다. 이 공정은 전해액의 화학적 안정성을 향상시키고, SEI 형성의 품질을 높이며, 형성 사이클링 중 발생하는 비가역적 용량 손실을 줄여, 완성된 리튬 배터리 셀의 에너지 밀도와 수명을 최적화합니다.

모든 활성탄 카테고리 보기

리튬 배터리의 성능은 배터리 셀 품질 기준에서 요구하는 엄격한 순도, 전기 전도도 및 입자 크기 요건을 충족하도록 생산된 활성탄 등급의 선정에서 시작됩니다. 당사는 전극, 전해질 및 하드 카본 용도에 특별히 설계된, 금속 불순물이 극히 적고 BET 표면적이 우수하며 수분 함량이 정밀하게 조절된 다양한 활성탄 제품을 보유하고 있습니다. 전체 카탈로그를 살펴보시고 사양을 비교하여 귀사의 셀 생산에 적합한 등급을 결정해 보십시오.
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리튬 배터리 생산은 고성능 화학 물질이 핵심적인 기능적 가치를 제공하는, 급성장 중인 첨단 소재 분야에서의 가장 중요한 응용 분야 중 하나입니다. 에너지 저장, 수처리, 산업용 가스 정화, 대기 오염 관리, 환경 복원 등 어떤 분야에서 활동하시든, 당사는 활성탄, 알루미늄 산화물, 이산화티타늄 및 기타 첨단 소재를 사용합니다. 귀하의 특정 용도와 성능 요구 사항에 적합한 소재와 취급 방법을 찾아보십시오.
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신뢰할 수 있는 물류 파트너사와 협력하여 해상, 항공 및 육상 화물에 대한 유연한 배송 시스템을 제공합니다. 전 세계 목적지까지 신속하고 안전한 운송을 보장합니다.

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