신에너지 자동차와 에너지 저장 기술의 급속한 성장 시대에, 핵심 동력원 역할을 하는 리튬 이온 배터리는 업계의 미래를 좌우하는 핵심 소재입니다. 양극재 분야의 "스타 플레이어"로서, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물 (NCM)은 높은 에너지 밀도, 긴 수명 주기, 비용적 이점 덕분에 전기 자동차와 고급 가전제품의 첫 번째 선택이 되었습니다.
리튬 니켈 코발트 망간 산화물(NCM) 소재: 리튬 이온 배터리의 "심장"인 이유
NCM(LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂)은 다음과 같은 주요 장점을 지닌 적층형 3원 산화물 소재입니다.
- 높은 에너지 밀도 – 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn)의 비율을 조절함으로써(예: NCM523, NCM622, NCM811) 소재의 용량 및 안정성을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
- 비용 최적화 – 망간은 풍부하여 코발트 사용량을 줄여 재료 비용을 효과적으로 낮출 수 있습니다.
- 안전 균형 – 망간은 열 안정성을 향상시켜 과충전이나 고온 조건에서의 안전 위험을 줄여줍니다.
응용 프로그램: 전기 자동차, 3C 전자제품, 가정용 에너지 저장 시스템 등.
전체 NCM 합성 공정: 원자에서 전극으로의 변환
원자재 준비: 정밀 비율이 핵심입니다
- 금속염: Ni, Co, Mn의 황산염, 질산염 또는 염화물(산업용 순도 ≥99%).
- 리튬 공급원: 수산화리튬(LiOH·H₂O) 또는 탄산리튬 (Li₂CO₃) 엄격한 입자 크기 및 불순물 제어.
- 용매 및 첨가제: 탈이온수, 암모니아 용액(pH 조정), 계면활성제(응집 방지).
핵심 포인트: 원재료의 몰비는 최종제품에 직접적인 영향을 미칩니다. 화학적인 화학양론적이어야 하며 ICP-OES 또는 유사한 기구로 검증해야 합니다.
공침: 나노 스케일 전구체 생성
단계:
- 혼합 소금 용액을 준비하세요: Ni, Co, Mn 염을 필요한 비율로 용해합니다.
- 반응기 침전: 질소 보호 하에 염용액과 NaOH/암모니아 혼합물을 반응기에 주입한다. pH(10~12), 온도(50~60°C), 교반 속도를 조절하여 구형 수산화물 공침전물 NiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧ(OH)₂를 생성한다.
- 세탁 및 건조: 탈이온수로 깨끗이 씻은 후 120°C에서 건조합니다.
기술적 과제:
- 입자 크기 분포 제어(D50: 5–15 μm).
- 구형도 최적화(영향 코팅 (나중 단계에서의 균일성).
고온 고체 상태 반응: 리튬화 및 결정화
단계:
- 혼합 및 밀링: 전구체와 리튬 소스를 화학양론적 비율로 결합하고 플럭스(예: LiF)를 추가합니다. 볼밀 1μm 미만.
- 예비소결: 물과 유기물을 제거하기 위해 500~600°C의 산소 분위기에서 4~8시간 동안 가열합니다.
- 고온소결: 단계적으로 750~1000°C까지 온도를 올리고, 리튬화와 적층 구조 형성을 위해 10~20시간 동안 유지합니다.
- 분쇄 및 체질: 사용 제트 밀링 D50 = 3–8 μm에 도달하려면 체로 걸러서 큰 입자를 제거하세요.
프로세스 비교:
- 전통적인 고체 상태 방법: 비용이 저렴하고 입자 크기가 고르지 않음.
- 졸-겔 방법: 입자 크기가 균일하고, 공정이 복잡하며, 비용이 많이 듭니다.
표면 개질: 더 긴 사이클 수명을 위한 "블랙 테크놀로지"
- 코팅 기술: 전해액 부식을 방지하기 위해 Al₂O₃, ZrO₂ 등을 ALD(원자층 증착) 또는 습식화학 방법을 사용하여 코팅합니다.
- 도핑 수정: 결정 구조를 안정화하고 상 전이를 줄이기 위해 Al, Mg 및 기타 원소를 도입합니다.
성과 결과: 코팅된 NCM 소재는 45°C에서 500회 사이클을 거친 후에도 90% 이상의 용량 유지율을 유지할 수 있습니다(코팅되지 않은 80%와 비교).
미래 트렌드
고니켈 NCM: NCM811에서 NCM9½½로 전환하면서 에너지 밀도가 300Wh/kg 이상으로 높아졌습니다.
단결정 NCM: 단결정 NCM을 생산하기 위해 소결 조건을 제어하여 입자 파괴와 부반응을 줄입니다.
코발트 무함유 소재: 코발트 의존도를 없애기 위해 리튬이 풍부한 망간 기반 소재(LMR)를 개발합니다.
에픽 파우더
에픽 파우더는 초미분 분쇄 및 분급 분야에서 20년 이상의 전문성을 바탕으로 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(NCM) 양극재 생산에 최적화된 첨단 분쇄, 분급 및 표면 개질 장비를 제공합니다. 정밀 전구체 분쇄부터 제어된 입자 형상에 이르기까지, 에픽 파우더는 일관된 입자 크기 분포, 최적화된 표면 특성, 향상된 전기화학적 성능을 보장하여 배터리 제조업체가 더 높은 에너지 밀도, 더 긴 사이클 수명, 그리고 더 높은 생산 효율을 달성할 수 있도록 지원합니다.