분쇄 장비는 황이 본질적으로 전기 및 이온 절연체이기 때문에 황-탄소 복합 재료를 처리하는 데 기술적으로 필요합니다.
배터리가 작동하려면 기계적 분쇄, 특히 아가트 병이 있는 유성 밀과 같은 도구를 사용하여 황을 전도성 탄소 및 고체 전해질 분말과 긴밀하게 접촉하도록 물리적으로 강제해야 합니다. 이 "장시간" 기계적 혼합은 전자와 이온이 흐르는 데 필요한 전도성 경로를 생성하여 배터리가 에너지를 저장하고 방출할 수 있도록 합니다.
핵심 요점 단순 혼합은 활성 물질이 자체적으로 전기를 전도할 수 없기 때문에 황 양극재에 충분하지 않습니다. 분쇄는 황, 탄소 및 전해질을 통합된 전도성 네트워크로 통합하는 "3상 계면"을 구성하는 데 필요한 기계적 전단력을 적용합니다.
전도성 장벽 극복
황의 절연 특성
황은 높은 이론적 용량을 제공하지만 근본적인 재료 문제를 안고 있습니다. 즉, 전기 및 이온 절연체입니다.
수정하지 않으면 황은 전기화학 반응에 필요한 전자 또는 이온 흐름을 촉진할 수 없습니다.
고체 배터리에서 황을 사용하려면 이러한 전하를 전도할 수 있는 재료에 물리적으로 결합해야 합니다.
3상 계면 구성
분쇄의 주요 역할은 균일한 3상 계면을 만드는 것입니다.
여기에는 활성 황, 전자 전도체(일반적으로 Ketjen black 탄소) 및 고체 전해질(이온 전도체)이라는 세 가지 구성 요소를 혼합하는 것이 포함됩니다.
분쇄는 이 세 가지 재료가 미세한 수준에서 접촉하도록 하여 배터리 반응에 사용할 수 있는 활성 면적을 최대화합니다.
공정의 역학
기계적 전단력 활용
일반적인 교반은 종종 필요한 접촉을 달성하기에 충분히 강력하지 않습니다.
2차 볼 밀링은 기계적 전단력을 생성하는 데 사용됩니다.
이러한 힘은 혼합물을 정제하여 구성 요소를 분해하여 느슨하게 결합되는 것이 아니라 긴밀하게 혼합되도록 합니다.
전송 채널 구축
이 물리적 정제의 궁극적인 목표는 밀집화입니다.
장시간 혼합은 조밀하고 통합된 접촉 네트워크를 형성합니다.
이 네트워크는 고속도로 시스템 역할을 하여 배터리 작동 중 이온과 전자의 빠른 전송을 위한 효율적인 전송 채널을 구축합니다.
중요 처리 과제
응집 위험
분쇄는 필요한 네트워크를 생성하지만 균일성을 유지하기 위해 이러한 분말의 처리를 신중하게 다루어야 합니다.
건조 단계에서 대규모 응집체(덩어리)가 형성될 수 있으며, 이는 재료의 균일성을 방해합니다.
분쇄는 혼합을 해결하지만 압출 전에 이러한 큰 덩어리를 제거하고 균일한 입자 크기 분포를 보장하기 위해 체질과 같은 추가 공정이 종종 필요합니다.
침투의 필요성
특정 양극재 구조의 경우 단순한 표면 접촉으로는 충분하지 않습니다.
복잡한 프레임워크에서는 활성 재료가 구조 깊숙이 침투해야 합니다.
볼 밀링을 통해 달성된 정제된 입자 크기는 활성 재료 로딩을 최대화하는 데 중요하며, 분말이 표면뿐만 아니라 전체 전극에 걸쳐 높은 접촉 면적을 생성하도록 보장합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
고체 황 양극재 제조를 최적화하려면 특정 성능 목표에 맞게 처리 단계를 조정하십시오.
- 황 활용도 극대화가 주요 초점인 경우: 절연성 황 입자 각각이 전도성 탄소로 완전히 둘러싸이도록 밀링 중 기계적 전단력에 우선순위를 두십시오.
- 고속 충방전 성능이 주요 초점인 경우: 가장 효율적인 이온 및 전자 이동 채널을 구축하기 위해 접촉 네트워크의 밀도에 집중하십시오.
요약: 고체 황 배터리의 성능은 분쇄 공정 중에 달성된 기계적 상호 혼합의 품질에 의해 직접 결정됩니다.
요약 표:
| 구성 요소 유형 | 재료 역할 | 분쇄를 통한 처리 목표 |
|---|---|---|
| 활성 재료 | 황 (절연체) | 전도체와의 미세 접촉 달성 |
| 전자 전도체 | Ketjen Black 탄소 | 전자 전송 경로 생성 |
| 이온 전도체 | 고체 전해질 | 이온 전송 채널 구축 |
| 사용 장비 | 유성 볼 밀 | 3상 계면을 위한 전단력 적용 |
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