Dry electrode process (건식공정)
건식공정 개요
건식공정은 용매를 사용하지 않는 공정으로, 환경친화적이고 생산효율이 높은 것이
특징입니다. 특히, 후막 전극 제작에 유리합니다. 대표적인 건식 공정 바인더인 PTFE
(폴리테트라플루오로에틸렌)의 경우, 수십에서 수백 마이크로미터 크기의 PTFE 분말을 활물질과 혼합하면서 물리적 에너지를 통해 섬유화 시킵니다. 이 과정 후에 PTFE 섬유는 활물질 표면에 코팅되어 전극을 형성하게 됩니다. 건식 공정은 전극의 건조 과정을
생략할 수 있어, 습식 공정에 비해 높은 로딩의 후막 전극을 쉽게 형성할 수 있습니다. PTFE의 분자량, 입자 크기, 믹싱 속도와 시간 등의 조절을 통해 전극의 물성을 제어할
수 있습니다.
건식공정 구성요소
건식공정은 섬유화 (Fibrillation), Feeding (공급), 압출/캘린더링 (Extrusion/Calendering), 집전체와 접착 (Adhesion to the Current Collector)과 같은 단계와 장비들로 구성됩니다.
이러한 단계를 통해 roll-to-roll 생산 공정과 호환성이 높으며, 주요 장비로는 정량공급 장치(LIW 피더), 트윈압출기, 고속파우더 분쇄 장치 등이 있습니다.
이러한 단계를 통해 roll-to-roll 생산 공정과 호환성이 높으며, 주요 장비로는 정량공급 장치(LIW 피더), 트윈압출기, 고속파우더 분쇄 장치 등이 있습니다.
건식공정 작동 원리
건식공정은 용매 없이 진행되며, 다음과 같은 절차를 통해 건식 전극을 효과적으로 제조할 수 있습니다.
정량공급
LIW 피더를 이용하여 원료를 정량으로 공급합니다.
섬유화 및 믹싱
트윈압출기에서 믹싱을 통해 바인더를 섬유화 시킵니다.
분쇄 및 제막
고속파우더 분쇄 장치를 이용하여 섬유화된 원료를
분쇄한 후, 필름 형태의 막을 씌웁니다.
분쇄한 후, 필름 형태의 막을 씌웁니다.
건식공정 특징
환경친화적
용매를 사용하지 않아 휘발성 유기화합물(VOCs)의 배출을 줄일 수 있어 환경에 친화적입니다.
생산효율성 향상
용매 제거와 건조 과정이 생략되므로 공정 시간이 단축되고 에너지 소비가 감소합니다.
이로 인해 전체적인 생산 효율이 높아집니다.
후막 전극 제작 용이
건식공정은 높은 로딩의 후막 전극을 쉽게 제작할 수 있습니다. 이는 전극의 두께를 증가시켜 에너지 밀도를 높일 수 있는 장점이 있습니다.
PTFE의 섬유화 과정
건식공정에서 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 분말을 물리적 에너지를 통해 섬유화합니다. 섬유화된 PTFE는 활물질 표면에 균일하게 분포되어 전극의 기계적 강도와 전기적 특성을 향상시킵니다.
전극 물성 제어 가능
PTFE의 분자량, 입자 크기, 믹싱 속도와 시간 등을 조절함으로써 전극의 물성을 원하는 대로 제어할 수 있습니다. 이를 통해 전극의 성능을 최적화할 수 있습니다.
Roll-to-Roll 공정과의 호환성
건식공정은 roll-to-roll 생산 공정과 호환성이 높아 대량 생산에 유리합니다. 이는 생산 속도를 높이고 비용을 절감할 수 있게 합니다.
공정 구성 요소
건식공정은 건식혼합, 섬유화, 공급(feeding), 압출/캘린더링, 집전체와의 접착 공정으로 구성됩니다. 주요 장비로는 정량공급 장치(LIW 피더), 트윈압출기, 고속파우더 분쇄 장치 등이 포함됩니다.
건식공정 활용분야
배터리 제조
리튬 이온 배터리 및 기타 고에너지 밀도 배터리의 전극 제조에 널리 사용됩니다.
건식공정은 전극의 두께를 조절하고 고로딩 전극을 생산할 수 있어 배터리 성능을
향상시킬 수 있습니다.
전자소재
전자 기기의 다양한 부품, 특히 고성능 커패시터와 같은 전자 소재의 제조에 적용될
수 있습니다. 건식공정은 정밀한 물성 제어가 가능하여 고품질 전자 부품을
생산하는 데 유리합니다.
연료전지
연료 전지의 전극 제조에 사용됩니다. 건식공정을 통해 촉매층의 두께와 균일성을 조절할 수 있어 연료 전지의 효율과 수명을 향상시킬 수 있습니다.
항공우주 및 자동차 산업
고성능 복합재료 제조에 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 경량화 및 내구성이 중요한
항공우주 및 자동차 부품에 적합합니다.
고분자 가공
건식공정을 통해 다양한 고분자 재료와의 복합화를 통해 고성능 고분자 컴포지트를 제조할 수 있습니다. 이는 건축, 스포츠 장비, 방탄 소재 등 다양한 분야에 적용될 수
있습니다.
의료 기기
바이오컴포지트 및 의료 기기의 특정 부품 제조에 사용될 수 있습니다. 건식공정의 정밀한 제어 능력은 고정밀 의료 부품의 제조에 적합합니다.
필터 및 멤브레인
고효율 필터 및 멤브레인 제조에 활용됩니다. 건식공정은 미세구조 제어가 가능하여 고성능 필터 및 분리막을 생산하는 데 유리합니다.
이 외에도 건식공정은 신소재 개발, 에너지 저장 장치, 환경 친화적 제품 등 다양한 첨단 기술 분야에서 적용 가능성이 큽니다. 건식공정의 장점인 용매 사용 최소화, 생산 효율성, 환경 친화성 등이 이러한
다양한 산업 분야에서의 활용이 기대되고 있습니다.
