나트륨 이온 배터리 생산 공정 : 원자재에서 완제품까지

나트륨 이온 배터리 (NA- 이온 배터리)는 풍부한 나트륨 자원의 풍부함과 저렴한 비용으로 인해 리튬 이온 배터리에 대한 유망한 대안으로 상당한 관심을 끌었습니다. 나트륨 이온 배터리의 생산 공정은 리튬 이온 배터리와 많은 유사성을 공유하지만 나트륨 기반 재료의 고유 한 특성으로 인해 몇 가지 주요 차이점도 있습니다. 이 기사는 나트륨-이온 배터리 제조 공정의 주요 단계를 간략하게 설명합니다.

음극 재료

나트륨-이온 배터리의 일반적인 캐소드 재료에는 층화 된 산화물 (Naxtmo2, 여기서 TM=전이 금속), 다항 화합물 (예 : NA3V2 (PO4) 3) 및 프러시아 블루 아날로그가 포함됩니다. 이들 물질은 고체 반응, 졸-겔 공정 또는 공동-자극 방법을 통해 합성된다.

양극 재료

바이오 매스 또는 피치에서 파생 된 단단한 탄소는 나트륨 이온 배터리에 가장 널리 사용되는 양극 재료입니다. 단단한 탄소 전구체는 고온 (일반적으로 1000-1300 정도)에서 탄화되어 나트륨 이온 저장에 적합한 무질서한 탄소 구조를 만듭니다.

전해질

전해질은 일반적으로 탄산염 기반 용매 (EC, DMC, PC)에 용해 된 나트륨 염 (예 : NACLO4, NAPF6 또는 NATFSI)으로 구성됩니다. Nasicon 및 황화물 기반 물질을 포함한 고체 전해질도 개발 중입니다.

분리 기호

리튬 이온 배터리에 일반적으로 사용되는 폴리에틸렌 (PE) 및 폴리 프로필렌 (PP) 분리기는 나트륨 이온 배터리에도 적용될 수 있지만, NA- 이온 전해질과의 호환성은 신중하게 평가됩니다.

슬러리 준비

활성 재료 (음극 및 양극), 전도성 첨가제 (카본 블랙) 및 결합제 (예 : PVDF, CMC 또는 SBR)는 용매 (캐소드의 NMP, 양극의 물)와 혼합되어 균일 한 슬러리를 생성합니다.

코팅

슬러리는 알루미늄 호일 (음극) 및 구리 호일 (양극)에 골고루 코팅된다. 일부 나트륨 이온 배터리의 경우 두 전극 모두 전압 창과 재료 특성에 따라 알루미늄 호일을 사용할 수 있습니다.

건조

코팅 된 전극을 오븐에서 건조시켜 잔류 용매를 제거합니다. 건조 온도 및 지속 시간은 물질 분해를 방지하기 위해 신중하게 제어됩니다.

건조 후, 전극은 한 쌍의 정밀 롤러를 통과하여 균일 한 두께를 달성하고 밀도를 개선하며 활성 재료와 전류 수집기 사이의 접촉을 잘 보장합니다.

전극은 원하는 모양으로 절단됩니다 (일반적으로 파우치 세포의 경우 직사각형 또는 원통형 세포의 경우 원통형). 양의 전극, 분리기 및 음성 전극은 최종 셀 형식으로 쌓거나 상처를 입 힙니다.

파우치 세포

쌓인 전극-분리기 층은 알루미늄 플라스틱 파우치로 둘러싸여 있습니다. 전해질이 파우치에 주입되고 파우치는 가열되어 누출을 방지합니다.

원통형 및 프리즘 세포

상처 전극 어셈블리는 금속 캔에 삽입됩니다. 전해질이 첨가 된 다음 캡으로 밀봉됩니다.

조립 된 세포는 형성으로 알려진 초기 충전 과정을 겪습니다. 이 단계는 고체 전해질 인터페이스 (SEI) 층이 양극 표면에 형성 될 수있게하므로 배터리 안정성에 중요합니다. 나트륨-이온 배터리의 형성 프로토콜은 다른 SEI 화학으로 인해 리튬 이온 세포와 약간 다를 수 있습니다.

형성 후, 세포는 내부 화학을 안정화시키기 위해 며칠 동안 나이가 남아 있습니다. 각 셀은 용량 점검, 내부 저항 측정, 누설 감지 및 안전 테스트를 포함한 품질 관리 테스트를 거칩니다.

테스트 된 셀은 모듈과 배터리 팩으로 조립됩니다. 배터리 관리 시스템 (BMS)은 안전한 작동을 보장하기 위해 전압, 온도 및 전류를 모니터링하기 위해 통합됩니다.

나트륨 이온 배터리 생산 공정은 기존 리튬 이온 배터리 인프라의 대부분을 활용하여 제조업체가 비교적 쉽게 채택 할 수 있도록합니다. 그러나, 나트륨 이온 물질은 상이한 전기 화학적 및 물리적 특성을 나타내며, 슬러리 제형, 전해질 선택 및 형성 프로토콜에서 약간의 조정이 필요하다. 나트륨 이온 기술이 계속 성숙함에 따라 비용 이점과 원료 풍부함은 대규모 에너지 저장 응용 분야에서 강력한 경쟁자가 될 수 있습니다.