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Determination of the Average Zeta Potential and Distribution of Battery Electrode Slurry |
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Introduction
최근 몇 년간 신에너지 산업의 급속한 발전은 다양한 산업 응용 분야에서 재사용 및 재충전이 가능한 배터리로서 리튬 배터리의 중요한 역할을 강조해 왔습니다.
리튬 배터리의 생산 과정에서 전극 슬러리는 NMP (n-methylpyrrolidone) 를 분산제로 사용하여 조제됩니다.
NMP 는 슬러리 배합 단계에서 PVDF 의 용매 역할을 하며, 슬러리를 분산시켜 보다 균일한 시스템을 만드는 데 기여합니다.
또한, NMP 는 코팅 단계에서 슬러리의 주요 운반체로 작용하여 기판에 고르게 코팅되도록 돕습니다.
더 나아가 코팅 및 베이킹 단계에서 NMP 는 휘발하여 코팅 내에 기공을 형성하며, 균일하게 분포된 다공성 미세 전극 구조를 제공합니다.
NMP 에서 배터리 전극 물질의 안정성은 전극 생산 품질에 직접적인 영향을 미치므로 매우 중요합니다.
본 연구에서는 NMP에 분산된 다양한 슬러리의 제타 전위를 분석하였습니다.
Instrument
이 실험에서는 Bettersize Instruments 사의 BeNano 90 Zeta Nanoparticle Size 및 Zeta Potential Analyser 를 사용하였습니다.
이 장비는 671 nm 파장의 레이저와 50 mW 출력의 광원을 사용합니다.
산란된 광 신호를 수집하기 위해 12도 각도로 배치된 APD 검출기를 사용하였습니다.
낮은 전기영동 이동도를 나타내는 샘플의 제타 전위 정보를 정확하게 감지하기 위해 Phase Analysis Light Scattering (PALS, 위상 분석 광산란) 기법을 이용하였습니다.
Experiment
네 가지 배터리 전극 물질을 NMP 용매에서 분산시켰습니다. organic phase NMP 의 낮은 dielectric constant (유전 상수) 로 인해 딥 셀(dip cell)을 사용하였으며
각 샘플은 평균값과 표준 편차를 얻기 위해 여섯 번씩 측정되었습니다.
Results and Discussion
Figure 1. Phase plots of multiple measurements for sample #1
Figure 2. Zeta potential distributions of multiple measurements for sample #1
Figure 3. Phase plots of multiple measurements for sample #2
Figure 4. Zeta potential distributions of multiple measurements for sample #2
Figure 5. Phase plots of multiple measurements for sample #3
Figure 6. Zeta potential distributions of multiple measurements for sample #3
Figure 7. Phase plots of multiple measurements for sample #4
Figure 8. Zeta potential distributions of multiple measurements for sample #4
Table 1. Average Zeta potential distributions & Standard Deviation of 4 smaples
그림 1~8에 나타난 샘플의 phase plots 와 distribution curve 그리고 Table 1 의 데이터에 따르면, 모든 샘플의 제타 전위가 음수임을 알 수 있습니다.
이는 전극 물질이 NMP에서 음전하를 띤다는 것을 나타냅니다. 네 가지 샘플 모두 제타 전위의 크기는 약 50mV 수준이며, 더 높은 제타 전위는 샘플의 높은 안정성을 의미합니다.
여러 번 측정한 결과의 표준 편차는 작았으며, 이는 측정이 높은 재현성을 가지고 있음을 나타냅니다.
Conclusions
이 Application Note 에서는 NMP 용매에 분산된 배터리 전극 슬러리의 제타 전위를 측정하는 연구를 소개하였습니다.
실험에서는 BeNano 90 Zeta 를 사용하여 네 가지 샘플의 제타 전위를 측정했습니다.
결과에 따르면, 모든 샘플이 음의 제타 전위를 가지며, 이는 전극 물질이 음전하를 띠고 있음을 나타냅니다.
제타 전위의 크기는 약 50mV 수준으로, 이는 높은 안정성을 의미합니다.
이 연구에서는 배터리 전극 생산을 최적화하기 위해서는 제타 전위를 이해하는 것이 중요하며 제타전위 측정은 매우 신뢰할 수 있는 측정방법이라는 것을 이야기하고 있습니다.
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