NCA 및 NMC와 같이 일반적인 양극 물질은 전이 금속 수산화물 전구체 물질의 공동 침전을 거쳐 리튬 화합물을 사용한 하소(리튬치환반응 및 산화)를 통해 생산됩니다. 공동 침전은 핵형성부터 시작하여 기본 입자의 증식을 거쳐 더 큰 이차 입자로 응집되는 느린 과정입니다. 전체 과정은 프로세스 효율성에 따라 20~40시간이 소요될 수 있습니다. 

슬러리 조성, pH, 온도 및 교반 속도를 포함하는 많은 파라미터가 공동 침전 효율에 영향을 미칩니다. 이러한 파라미터를 최적화하는 것은 배터리 양극 전구체 물질의 품질과 처리량에서 중요한 역할을 합니다. 공동 침전 과정의 효율성 향상을 목표로 하는 실시간 모니터링 및 제어를 위해 당사는 다양한 분석 솔루션을 제공합니다. 또한 이러한 솔루션은 전구체 물질이 원하는 특성을 갖도록 지원할 수도 있습니다.

양극 전구체 물질은 어떻게 최적화할 수 있습니까?

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양극 전구체 품질 및 처리량은 다음 파라미터를 측정 및 제어하여 최적화할 수 있습니다.

입자 크기: 전구체 입자는 핵을 형성하고 증대시킨 다음 응집시켜 더 큰 이차 입자를 형성합니다. 최고의 생산 효율성을 보장하기 위해 이러한 입자는 가능한 한 가장 짧은 시간 내에 목표 크기보다 크게 성장해야 합니다. 따라서 전구체 진화 시간에 따른 입자 크기 측정은 슬러리 반응기의 공정 파라미터를 미세 조정하는 중요한 방법입니다.

당사의 온라인 자동화 Insitec 온라인 입자 크기 분석기는 생산 환경에서 이러한 측정을 수행하는 데 이상적이며 몇 초 간격으로 실시간 분석을 제공합니다. 피드백 루프 정보를 사용하여 pH, 온도 또는 교반 속도와 같은 파라미터를 조정할 수 있습니다. 또한 스마트 제조 공정 흐름과의 시너지 효과를 보장할 수도 있습니다. 이는 높은 수익성을 가져옵니다. 일반적으로 하루에 1,000kg의 양극 물질을 생산하는 양극 제조 플랜트는 Insitec을 통해 전구체 슬러리 입자 크기를 분석함으로써 연간 최대 미화 이십만 달러를 절감할 수 있습니다.

당사의 Mastersizer 3000은 실험실을 포함하여 품질 관리를 위해 입자 크기 분포를 정확하게 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

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입자 형상: 입자 형상은 안정적인 이차 입자 형성에 중요한 역할을 하며 전구체 수율(탭 밀도)과 최종 양극 물질의 품질에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 긴 입자는 고속으로 교반된 슬러리에서 더 쉽게 분해 및 재용해됩니다.

제조업체는 당사의 Morphologi 4 광학 이미징 도구를 통해 완전히 자동화된 이미지 분석을 수행하여 원형도, 연신률/종횡비, CE(Circular Equivalent) 직경 및 투명도와 같은 파라미터를 측정함으로써 입자 형상을 분석하고 최적화할 수 있습니다.

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화학 조성 및 불순물: 최종 양극 물질의 화학 조성을 최적화하려면 먼저 전구체 수준에서 제어해야 합니다. 단 몇 ppm에서부터 최대 100%까지의 화학 조성 및 불순물을 분석할 수 있는 X선 형광(XRF)은 화학 조성 분석을 위한 최고의 기술입니다.

특히 XRF는 샘플 희석 또는 산의 소화가 필요하지 않으므로 유도 결합 플라즈마(ICP) 질량 분광법보다 더 간단하고 정확한 원소 조성 측정 방법을 제공합니다. 많은 선도적인 배터리 회사에서 당사의 벤치탑 E4 XRF 또는 Zetium WDXRF 분광기를 사용하여 전구체 및 양극 물질의 조성을 분석합니다.

결정상: 결정상은 이온 또는 전자 운송이 일어나거나 방해되는 규모인 원자 규모의 물질 구조를 말합니다. 전구체의 결정상 조성을 통해 최종 음극 물질의 품질을 조기에 확인할 수 있습니다. 제조업체는 뛰어난 데이터 품질을 가진 사용하기 쉬운 장비인 당사의 Aeris 컴팩트 X선 회절계를 사용하여 양극 전구체 물질의 결정상 조성을 정확하게 분석할 수 있습니다.

제타 전위: 양극 전구체 용액의 입자 침전은 더 큰 이차 입자(10-20µm)를 형성하기 위해 상호 작용하는 기본 입자(50-100nm)에 좌우됩니다. 제타 전위를 사용하여 pH 및 온도 값을 분석하고 조정함으로써 이러한 상호 작용을 최적화할 수 있습니다. 당사의 Zetasizer는 제타 전위를 정확하게 측정하며 전구체 합성의 R&D도 보완할 수 있습니다.

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