리튬 이온 배터리(LIB)는 다양한 활성 및 비활성 물질을 이용한 다단계 공정을 통해 제조됩니다. 소재 선정 및 공정 조건은 최종 배터리 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 전극은 배터리 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 전극 품질은 전체 배터리의 에너지 밀도와 전기화학적 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

전극 제조는 아주 복잡한 과정으로 활성 물질, 바인더 및 전도성 첨가제를 금속 집전체의 슬러리 코팅에 혼합하는 과정이 포함됩니다. 그 후 전극은 건조 및 캘린더링(압연) 과정을 거칩니다. 전극 제조 과정을 진행하는 동안 슬러리 제형은 보관 중에 안정적이어야 하고 쉽게 분산되어야 하며 균일한 코팅을 생성하기 위해 유동성이 있어야 합니다. 제형의 최적화 및 공정을 위해 슬러리 특성을 규명하는 것은 전체 배터리 성능을 개선하는 데 중요한 과정입니다.

응력을 받는 물질의 흐름과 변형에 관한 연구인 유변학은 전극 슬러리 개발 및 최적화에 중요한 역할을 합니다. 이전 블로그에서 다루었듯이, 배터리 전극 슬러리 유변학에는 점도, 요변성 거동 및 항복 응력의 중요한 특성을 측정하여 적절한 코팅과 안정성을 확보하는 과정이 포함되어 있습니다.

Another important element of electrode performance is electrical conductivity. Lithium-ion battery cathodes typically include conductive additives such as carbon black particles to compensate for the poor conductivity of the active materials. The carbon black particles agglomerate around the active particles to form a percolation network to conduct electrons to the current collector. The conductive network structure is highly important to the final electrode performance, but shear-induced changes during coating can disrupt the electrically conductive network.

Impedance spectroscopy provides insight on the conductive material dispersion in the slurry but does not account for shear-induced changes from the coating process. Simultaneous rheology and electrochemical impedance spectroscopy directly measure shear-induced changes in the microstructure, replicating slurry coating conditions and enabling measurements of time-dependent recovery after shear. This measurement confirms that the electrically conductive network is maintained in the finished electrode, predicting successful electrode performance prior to full battery assembly.

The new Discovery Hybrid Rheometer Rheo-Impedance Spectroscopy accessory achieves unmatched data quality in both dielectric impedance and rheology measurements. The novel design eliminates the need for electrical contact with the upper tool, which limits the measurement range, and instead positions both electrodes on a lower plate with the insulated upper parallel plate geometry as a conductor. The Rheo-Impedance accessory enables testing across the full range of the DHR’s torque sensitivity, enabling precise characterization of viscosity, yield stress, viscoelasticity, and structure recovery.

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