리튬 이온 배터리 분석 가이드

열 분석를 위한 혁신적인 분석 솔루션을 사용하여 양극/음극 전극 재료, 분리막, 전해액 등과 같은 개별 배터리 구성 요소를 테스트할 수 있습니다. 배터리의 열 안정성, 발열 반응 및 엔탈피를 조사하기 위한 중요한 도구에는 시차주사열량계(DSC),열중량 분석(TGA),열기계 분석(TMA) 및 동적기계 분석(DMA)이 포함됩니다.

과열 및 폭발 가능성과 같은 열 폭주 상황과 관련된 위험은 EV Application에 리튬 이온 배터리(LIB)를 사용하는 데 특히 중요합니다. 배터리 안전은 일상 생활에서 배터리 기술을 사용하기 위한 핵심 구성 요소입니다.

이 Application 가이드는 리튬 이온 배터리 기술의 개요를 제공하고 다양한 열 분석 기술을 어떻게 R&D 및 QC Application에 적용할 수 있는지 보여줍니다.

다음 Application 예시가 제공됩니다.

전해질 내 LiFePO₄ 양극재의 열 안정성
전해질 혼합물 특성화
TGA 및 TMA를 통한 미세다공성 분리막 분석
TGA 및 DSC를 통한 PVDF 품질 관리
산화 그래핀의 그래핀(음극재)으로의 전환

배터리 구성 요소를 위한 열 분석 기법의 일반적인 Application

단일 실험에서 분해 성분에 대한 더 많은 정보를 얻기 위해 METTLER TOLEDO TGA 또는 TGA/DSC를 적절한 가스 분석 시스템에 연결할 수 있습니다. 이제 새 시스템에서 방출 가스 분석(EGA)을 수행할 수 있습니다. TGA는 푸리에 변환 적외선 분광기(FT-IR), 질량 분광기(MS), 가스 크로마토그래피-질량 분광기(GC/MS) 또는 미세 가스 크로마토그래피-질량 분광기(Micro GC(/MS))에 연결할 수 있습니다.

리튬 이온 배터리의 기본 작동 원리

LIB는 양극(cathode), 음극(anode) 및 전해액으로 구성됩니다. 셀이 충전되면 음극(보통 리튬 코발트 산화물)이 산화되고 양극(보통 흑연)이 환원됩니다. 셀이 방전되면 그 반대가 발생합니다. Li+ 이온은 전체 전기화학 반응에 관여하지 않으며 산화된 상태를 유지합니다. 이들은 유기 용매, 리튬염 및 다양한 첨가제로 구성된 액체 전해질을 통한 확산을 통해 양극과 음극 사이를 이동합니다. 분리막은 양극과 음극이 전기적으로 절연된 상태를 유지하면서도 전해질과 Li+ 이온이 쉽게 통과할 수 있을 만큼 충분히 다공성입니다.

전극 (Anode & Cathode)
전해질의 성능과 안전성은 충전/방전에 의한 노화 및 양극활물질의 열화에 크게 영향을 받습니다. 열 용량, 분해 온도 및 엔탈피 측정에 대한 정확한 측정을 제공하는 열 분석 기술은 열 안정성 연구에 기본적인 도움이 됩니다.

배터리 분리막 (Battery Separator)
리튬 이온 배터리용 분리막은 배터리의 성능과 수명은 물론이고, 신뢰성과 안전성에 중요한 영향을 미칩니다. Li+ 이온이 양극과 음극 사이를 빠르게 이동할 수 있도록 얇아야 하지만, 분리막의 열화로 인해 내부 단락이 발생할 수 있으므로 분리막의 구조적 무결성이 중요합니다.

열 분석은 일반적으로 폴리올레핀(예: PP 또는 PE)으로 만들어진 분리막의 열 특성을 특성화하는 데 사용됩니다. 이러한 멤브레인의 기술적 한계에는 침투 저항, 수축 및 용해가 포함됩니다. 이러한 특성은 열중량 분석기(TGA), 시차주사열량계(DSC) 및 열기계 분석(TMA)을 통해 조사할 수 있습니다.

전해액 (Electrolytes)
시차주사열량계(DSC)는 QC에서 전해액의 탄산염의 조성과 함량을 연구하는 데 사용할 수 있으며, 이는 리튬 이온 배터리의 사이클링 안정성, 에너지 밀도 및 안전성에 중요한 영향을 미칩니다. 또한 DSC는 충전/방전 과정의 최소 온도를 결정하기 위한 전해액 용융 및 결정화에 대한 정보를 제공합니다.