Q&A: 분말 분산, 건조 전극 전위 및 배터리 제조의 미래

Q&A: Dispersing Powders, Dry Electrode Potential, & What’s Next in Battery Manufacturing

Jake Hertz. June 18, 2025

Lubrizol representatives dive into their material science toolkit to explain how their technology unlocks both conventional and next-generation lithium-ion battery production.

 

>  Lubrizol is looking at the use of thermoplastic polyurethanes as binder systems in solvent-free coating methods.
>  The Electro-Rite BD020 binder is used as a primer layer to coat conductive carbon particles onto metallic current collectors.
>  Dry processing is attractive for its sustainability benefits, but it requires entirely new material paradigms.

 

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[ 분산제는 고형분 함량을 높이고 슬러리 점도를 낮춰 필요한 용매량을 줄여 환경적, 운영적 측면에서 모두 이점을 제공합니다. Eoneren/iStock/Getty Images Plus via Getty Images ]

 

Q&A: 분말 분산, 건조 전극 전위 및 배터리 제조의 미래

Jake Hertz. June 18, 2025

Lubrizol  대표단은 자사의 기술이 기존 및 차세대 리튬 이온 배터리 생산의 새로운 지평을 여는 방식을 설명하기 위해 재료 과학 툴킷을 자세히 살펴보았습니다.

 

>  Lubrizol 은 용매를 사용하지 않는 코팅 방법에서 바인더 시스템으로 열가소성 폴리우레탄을 사용하는 방안을 연구하고 있습니다.
>  Electro-Rite BD020 바인더는 전도성 탄소 입자를 금속 전류 집전체에 코팅하는 프라이머 층으로 사용됩니다.
>  건식 가공은 지속 가능성 측면에서 매력적이지만, 완전히 새로운 재료 패러다임이 필요합니다.

 

Lubrizol은 배터리 생산 분야에서 널리 알려진 기업은 아니지만, 분말 분산, 복잡한 화학 반응의 안정화, 전극 및 분리막용 슬러리 제형 개선등 업계의 가장 근본적인 과제들을 해결하는 데 필수적인 역할을 하고 있습니다.

 

자매지인 Powder & Bulk Solids 와의 인터뷰에서 루브리졸 담당자들은 Electro-Rite 제품군을 포함한 자사의 재료 과학 툴킷을 심층적으로 살펴보며, 자사 기술이 기존 및 차세대 리튬 이온 배터리 생산의 새로운 지평을 여는 데 어떻게 기여하는지 설명합니다.

 

Q :  Lubrizol이 배터리 가치 사슬에서 어떤 위치에 있는지부터 시작해 보겠습니다. 어떤 화학 분야를 지지하시나요?

 

Lubrizol

당사의 주요 역할은 전극 슬러리의 가공 및 코팅에 사용되는 바인더 및 분산제와 같은 제형 화학입니다. 이러한 첨가제는 입자 분산, 집전체 또는 분리막과의 접착력, 그리고 코팅 중 슬러리의 전반적인 유동 거동을 관리합니다.

 

예를 들어, 당사는 전도성 탄소, 흑연, 실리콘, 산화규소, 세라믹 입자를 사용합니다. 이러한 각 재료는 고유한 분산 과제를 안고 있으며, 당사의 첨가제는 최적의 전기화학적 성능을 갖춘 안정적이고 고형분 함량의 제형을 구현하도록 설계되었습니다.

 

저희는 코팅 분야에도 참여하고 있습니다. 저희 제품은 반응성 측면에서 배터리의 전기화학 시스템에 직접 관여하지는 않지만, 분말의 거동을 개선하고 전극이나 분리막 구조에 통합되는 역할을 합니다.

 

Q : 현재 건식 전극 가공을 위한 재료를 공급하고 계신가요? 아니면 여전히 습식 코팅 방법에 집중하고 계신가요?

 

Lubrizol

현재 저희는 수성 또는 유기 용매 기반 습식 슬러리 시스템에 주로 기여하고 있습니다. 하지만 건식 공정도 활발히 연구하고 있습니다. 

관심 분야 중 하나는 무용매 코팅 공정에서 열가소성 폴리우레탄(TPU)을 바인더 시스템으로 사용하는 것입니다. 이러한 TPU는 이미 다른 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 배터리 전극에 적용할 수 있는지 여부를 검토하고 있습니다.

입자를 용매에 현탁하여 건조하는 대신, TPU는 전극 소재의 직접 압출 또는 적층을 가능하게 할 수 있습니다. TPU를 녹는점 이상으로 가열하고 LFP 또는 NMC와 같은 활물질과 혼합한 후 용매 없이 집전체에 직접 도포할 수 있습니다. 이러한 폴리머는 급격한 용융 전이를 가지면서도 냉각 후에도 유연성과 인성을 유지하도록 설계될 수 있습니다.

 

Q : 고체 전지와 어떻게 다릅니까? 건식 전극과 고체 전해질은 같은 개념인가요?

 

Lubrizol

두 기술은 서로 인접해 있지만 서로 다른 기술입니다. 건식 전극은 코팅 공정에서 용매를 사용하지 않지만 최종 셀에는 여전히 액체 전해질을 사용합니다. 반면 고체 전지는 가연성 유기 액체 대신 고체 전해질을 사용합니다. 이 두 가지의 차이점은 중요합니다.

하지만 고체 전해질은 건조 및 층상 압축 공정을 거치기 전에 슬러리 형태로 가공되는 경우가 많습니다. 최종 제품은 고체 상태이지만, 제조 단계의 상당 부분은 여전히 ​​액상 분산 과정을 포함합니다. 당사의 분산제는 입자 크기를 유지하고, 현탁액을 안정화하며, 소결 또는 적층 공정 전에 균일한 증착을 보장함으로써 이 단계를 지원할 수 있습니다.

 

Q : 배터리 응용 분야를 위해 개발한 구체적인 소재나 제품군에는 어떤 것이 있나요?

 

Lubrizol

당사의 Electro-Rite BD020 바인더가 좋은 예입니다.

 

이 바인더는 금속 집전체에 전도성 탄소 입자를 코팅하는 프라이머 층으로 사용됩니다. 고전압 조건에서 뛰어난 접착력과 높은 전기화학적 안정성을 제공하는 것이 이 바인더의 장점입니다. 또한, 열 안정성과 전해질 습윤성을 향상시키기 위해 세라믹 층으로 코팅되는 고분자 분리막에도 뛰어난 접착력을 제공하는 바인더를 보유하고 있습니다.

 

당사의 분산제는 흑연, LFP, NMC, 그리고 점점 더 고규소 음극 및 탄소 나노튜브(CNT)와 같은 다양한 활물질에 맞게 설계되었습니다. 

이러한 각 소재는 서로 다른 형태와 표면 화학을 가지고 있습니다. 예를 들어, 실리콘 기반 소재는 사이클 동안 크게 팽창하여 바인더 시스템의 유연성이 부족하면 구조적 파괴를 초래할 수 있습니다. 당사의 바인더 포트폴리오에는 기계적 복원력에 맞춰 개발된 화학 물질이 포함되어 있어 반복적인 충방전 사이클에서도 전극의 무결성을 유지하는 데 도움을 줍니다.

 

Q : CNT는 가공하기 매우 어려운 것으로 악명 높습니다. 어떻게 해결하고 계신가요?

 

Lubrizol

탄소 나노튜브는 반데르발스 힘으로 인해 응집되는 경향이 있어 슬러리 내에 균일하게 분산되기 어렵습니다.

 

당사의 분산제는 CNT 현탁액을 안정화하고 전극 조성물 내 다른 입자와의 상용성을 향상시킴으로써 이러한 문제를 해결하기 위해 특별히 개발되었습니다. 이를 제대로 제어하지 않으면 핫스팟, 전도도 저하 또는 코팅 불균일 현상이 발생합니다. 이러한 나노소재는 높은 종횡비와 표면적을 가지고 있어 전도도 향상에 유용하지만, 이는 올바르게 가공되어야만 가능합니다.

 

Q : Lubrizol의 첨가제는 배터리 코팅에 사용되는 다른 첨가제와 무엇이 다릅니까?

 

Lubrizol

품질과 순도. 리튬 이온 배터리에서 미량의 불순물은 원치 않는 부반응을 촉진하거나 고전압에서 성능을 저하시킬 수 있습니다.

당사는 재료의 불순물 함량을 엄격하게 관리합니다. 경쟁사 제품을 벤치마킹한 결과, 일부 지역 시장, 특히 아시아 지역에서 특정 바인더와 분산제에 당사 공급망에서 허용하지 않는 유해 잔류물이 포함되어 있음을 확인했습니다.

 

품질 외에도 저희의 가장 큰 자산은 유연성입니다. 저희는 배터리 제조업체와 협력하여 특정 전극 화학 및 코팅 매개변수에 맞춰 분산제 또는 바인더 시스템을 맞춤 설계합니다. 예를 들어, 고에너지 밀도 NMC 양극은 저비용 고출력 LFP 양극과는 완전히 다른 조성이 필요할 수 있습니다.

 

Q : 배터리 코팅에서 용매를 사용하는 것에 대한 고객들의 접근 방식에 변화가 있다고 보십니까?

 

 

Lubrizol

물론입니다. 양극재 제조에서 NMP(N-메틸-2-피롤리돈)는 여전히 용매로 널리 사용되고 있습니다. 하지만 독성이 강하고 가연성이 높으며 회수 비용이 많이 듭니다.

 

배터리 제조업체는 일반적으로 NMP를 보관하고 재사용하기 위해 대규모 건조 오븐과 용매 회수 장치를 사용합니다. 하지만 규제 압력과 비용 문제로 인해 업계는 NMP 사용을 줄이는 방향으로 나아가고 있습니다.

바로 이 부분에서 저희 분산제가 도움을 드릴 수 있습니다. 고형분 함량을 높이고 점도를 낮춘 슬러리를 생산함으로써 필요한 용매의 양을 줄일 수 있습니다. 이는 환경적 측면과 운영적 측면 모두에서 매우 중요한 의미를 지닙니다. 건식 전극 공정이 약속하는 용매를 완전히 제거하는 것이 궁극적인 목표이지만, 아직 개발 초기 단계에 있습니다.

 

Q : 건식 가공 업계에서는 이 기술에 대해 무엇을 더 알아야 합니까?

 

Lubrizol

저희가 하는 모든 일은 분말에 대한 이해에서 시작됩니다.

분말을 분산, 결합, 안정화하는 등 어떤 공정이든, 저희의 역할은 제형 및 코팅 과정에서 분말의 거동을 제어하는 ​​것입니다.

 

건식 공정은 지속가능성 측면에서 매력적이지만, 완전히 새로운 소재 패러다임을 요구합니다. 단순히 "용매를 어떻게 제거할 것인가?"가 아니라 "용매의 기능을 어떻게 대체할 것인가?"라는 과제가 중요합니다. 바로 이 부분에서 용융 가공 가능한 폴리머와 맞춤형 분산제 화학이 매우 흥미로운 분야입니다.

 

About the Author

 

Jake Hertz

 

제이크 허츠 는 전기 엔지니어, 테크니컬 라이터, 그리고 홍보 전문가입니다.

로체스터 대학교에서 전기 및 컴퓨터 공학 석사 및 학사 학위를 취득한 후, 메이커봇 인더스트리즈에서 3년간 전기 엔지니어로 근무했습니다. 

작가로서 제이크는 다양한 엔지니어링 웹사이트에 자주 기고하며 수만 명의 독자를 확보한 것으로 잘 알려져 있습니다.

 

제이크는 자신의 사업체인 NanoHertz Solutions를 통해 하드웨어 및 반도체 분야의 최첨단 기업들과 협력하여 홍보 및 기술 문서 작성 서비스를 통해 업계의 관심과 인지도를 높이고 있습니다.

엔지니어인 제이크는 현재 수많은 스타트업과 협력하여 하드웨어 제품 개발을 지원하고 있습니다.

 

그는 또한 뉴욕에 본사를 둔 하드웨어 분야 기술 스타트업을 위한 디자인 회사인 오리진 랩스(Origin Labs) 의 공동 창립자이기도 합니다.

 

루브리졸은 이동성을 발전시키고, 웰빙을 개선하고, 현대 생활을 향상시키는 획기적인 과학 기반 솔루션을 제공하는 글로벌 시장 중심의 혁신 기업입니다.

진보하는 파트너로서, 당사의 과학 기반 혁신가들은 고객이 직면한 과제에 기술적 능력과 독창성을 적용하여 시장 주도적 솔루션을 개발하여 고객의 경쟁력을 높이고 상업적 성공을 촉진합니다.

혁신적인 솔루션의 광범위한 포트폴리오와 글로벌 영향력, 현지 시장 입지, 안전하고 신뢰할 수 있는 운영을 결합하여 고객이 경쟁 우위를 유지하고 시장을 선도하는 데 필요한 믿을 수 있는 혁신을 제공합니다.

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