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¿µÁøÄÚÆÛ·¹ÀÌ¼Ç Á¾ÇÕÄ«´Ù·Î±× |
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Introduction
lithium-ion battery (LIB) ´Â ±ä ÀúÀå ¼ö¸í, ¸Þ¸ð¸® È¿°ú°¡ ¾ø°í, ÀÚ°¡ ¹æÀü·üÀÌ ³·´Ù´Â ÀåÁ¡À¸·Î ÀÎÇØ ´Ù¾çÇÑ ÀÀ¿ë ºÐ¾ß¿¡¼ ³Î¸® »ç¿ëµÇ°í ÀÖ½À´Ï´Ù.
Àü±â Á¦Ç°¿¡¼ LIB ¼ö¿ä°¡ ±Þ°ÝÈ÷ Áõ°¡ÇÔ¿¡ µû¶ó ´õ ¸¹Àº ¿¡³ÊÁö¸¦ ÀúÀåÇÒ Çʿ伺À¸·Î ÀÎÇØ ´õ ³ôÀº ¿¡³ÊÁö ¹ÐµµÀÇ ¹èÅ͸® »ý»êÀÌ Á¦Á¶¾÷üµéÀÇ ÁÖ¸ñÀ» ¹Þ°í ÀÖ½À´Ï´Ù.
¾ç±ØÀçÀÇ ¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ´Â È濬 (graphite) ÀÇ ÀÔÀÚ Å©±â¿Í Çü»óÀ» ÃÖÀûÈÇÔÀ¸·Î½á Å©°Ô Çâ»óµÉ ¼ö ÀÖ½À´Ï´Ù.
±âº»ÀûÀ¸·Î È濬ÀÇ ÀûÀýÇÑ ÀÔÀÚ Å©±â´Â ¾à 20¥ìm À̸ç, ÀÌ Å©±â¿¡¼ ¹èÅ͸®´Â ´õ ³ªÀº ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¿ë·®À» °¡Áý´Ï´Ù.
¶ÇÇÑ ¿¡³ÊÁö ÀúÀåÀº È濬ÀÇ ¿øÇüµµ (circularity) ¿¡ Á÷Á¢ÀûÀ¸·Î ¿µÇâÀ» ¹Þ½À´Ï´Ù. ¿øÇüµµ°¡ ³ôÀº È濬 ÀÔÀÚ´Â ´õ ³ôÀº ÃæÁø ¹Ðµµ¸¦ °¡Áö°Ô µË´Ï´Ù.
´õ ¸¹Àº ¿¡³ÊÁö¸¦ ÀúÀåÇϱâ À§ÇØ È濬ÀÇ ÃÖÀû ÃæÁø ¹Ðµµ´Â 1 g/mL ÀÌ»óÀ̾î¾ß ÇÕ´Ï´Ù.
Bettersize ¿¬±¸¼Ò´Â Bettersizer S3 Plus ¸¦ »ç¿ëÇÏ¿© È濬ÀÇ ÀÔÀÚ Å©±â¿Í Çü»óÀÌ LIB ÀÇ ¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ¿¡ ¾ó¸¶³ª Å« ¿µÇâÀ» ¹ÌÄ¡´ÂÁö Á¶»çÇÏ´Â ½ÇÇèÀ» ¼öÇàÇß½À´Ï´Ù.
Figure 1. Optical System of the Bettersizer S3 Plus
Results
Particle Size Distribution
È濬 »ùÇÃÀÇ ÀÔÀÚ Å©±â¿Í ÀÔµµ ºÐÆ÷´Â Bettersizer S3 Plus¸¦ »ç¿ëÇÏ¿© ·¹ÀÌÀú ȸÀý ¹æ½ÄÀ¸·Î ÃøÁ¤µÇ¾ú½À´Ï´Ù.
¼¼ °¡Áö »ùÇÃÀÇ ÀÔµµ ºÐÆ÷´Â ±×¸² 2¿¡ ³ª¿Í ÀÖÀ¸¸ç, ´ëÇ¥ÀûÀÎ Å©±â °ªÀº Ç¥ 1¿¡ Á¦½ÃµÇ¾î ÀÖ½À´Ï´Ù.
±×¸² 2¿¡¼ º¼ ¼ö ÀÖµíÀÌ, »ùÇà A¿¡¼ »ùÇà C·Î °¥¼ö·Ï ÀÔÀÚ Å©±â°¡ Á¡Â÷ Áõ°¡ÇÏ´Â °ÍÀ» ¾Ë ¼ö ÀÖ½À´Ï´Ù.
¼¼ »ùÇÃÀÇ Áß¾Ó°ª(D50)Àº °¢°¢ 6.804 ¥ìm, 15.98 ¥ìm, 23.72 ¥ìmÀÔ´Ï´Ù.
Figure 2. Particle size distribution of three graphite samples
Table 1. Typical particle size values of graphite samples
ÀÔÀÚ Å©±â´Â lithium-intercalation ¼º´É¿¡ ¿µÇâÀ» ¹ÌÄ¡¸ç, ÀÌ´Â ¸®Æ¬ ÀÌ¿Â ¹èÅ͸®ÀÇ Ãʱ⠰¡¿ª ¿ë·®, ºñ°¡¿ª ¿ë·®, ±×¸®°í Áֱ⠼º´É¿¡ ¹Ý¿µµË´Ï´Ù.
¿¬±¸¿¡ µû¸£¸é ÀÔÀÚ Å©±â°¡ Áõ°¡ÇÔ¿¡ µû¶ó Ãʱ⠺ñ°¡¿ª ¿ë·®Àº °¨¼ÒÇÕ´Ï´Ù. °¡¿ª ¿ë·®Àº ÀÔÀÚ Å©±â°¡ Áõ°¡ÇÔ¿¡ µû¶ó »ó½ÂÇϸç, 20¥ìm¿¡¼ ÃÖ°íÄ¡¸¦ ±â·ÏÇÕ´Ï´Ù.
13 - 80¥ìm È濬 »ùÇà Áß¿¡¼ 20¥ìm È濬 »ùÇÃÀÌ ¿¡³ÊÁö ÃàÀû ¼º´ÉÀÌ °¡Àå ¶Ù¾î³ °ÍÀ¸·Î ³ªÅ¸³µ½À´Ï´Ù [1].
»ùÇà B¿Í »ùÇà C´Â D50 °ªÀÌ 20¥ìm¿¡ ±ÙÁ¢ÇÏ¿© »ùÇà Aº¸´Ù ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¼º´ÉÀÌ ´õ ¶Ù¾î³¯ °ÍÀ¸·Î ±â´ëµË´Ï´Ù.
Particle Shape
Bettersizer S3 Plus ´Â µ¿Àû À̹ÌÁö ºÐ¼®¸¸À¸·Î ÀÔÀÚÀÇ ÇüÅ ÆĶó¹ÌÅ͸¦ ºÐ¼®ÇÒ ¼ö ÀÖ½À´Ï´Ù.
¼¼ °¡Áö È濬 »ùÇÃÀÇ ¿øÇüµµ°¡ ÃøÁ¤µÇ¾úÀ¸¸ç, °á°ú´Â Ç¥ 2¿¡ ³ª¿Í ÀÖ½À´Ï´Ù.
¼¼ È濬 »ùÇÃÀÇ Áß°£ ¿øÇüµµ(C50)´Â °¢°¢ 0.862, 0.896, 0.876ÀÔ´Ï´Ù. »ùÇà BÀÇ ÃæÁø ¹Ðµµ´Â 1.01 g/mL ·Î ´Ù¸¥ µÎ È濬 »ùÇú¸´Ù ³ô½À´Ï´Ù.
Table 2. Circularity and tapped density of graphite samples
¾ç±ØÀº ³ôÀº üÀû ¿¡³ÊÁö ¹Ðµµ¸¦ °¡Áú ¶§ ´õ ¸¹Àº ¿¡³ÊÁö¸¦ ÀúÀåÇÒ ¼ö ÀÖÀ¸¸ç, ÀÌ´Â ÃæÁø ¹ÐµµÀÇ ¿µÇâÀ» ¹Þ½À´Ï´Ù.
¾ç±Ø Á¦Á¶¿¡¼ ±¸Çü È濬ÀÇ ÀÌ»óÀûÀÎ ÃæÁø ¹Ðµµ´Â 1 g/mL ÀÌ»óÀ̾î¾ß ÇÕ´Ï´Ù [2].
ÃæÁø ¹Ðµµ´Â ÀÔÀÚ Å©±â°¡ Áõ°¡ÇÔ¿¡ µû¶ó Áõ°¡ÇϹǷÎ, »ùÇà A´Â °¡Àå ÀÛÀº ÀÔÀÚ Å©±â¿Í °¡Àå ³·Àº ÃæÁø ¹Ðµµ¸¦ °¡Áý´Ï´Ù.
ÀÔÀÚ Å©±â»Ó¸¸ ¾Æ´Ï¶ó ¿ø·áÀÇ Çüŵµ ÃæÁø ¹Ðµµ¿¡ ¿µÇâÀ» ÁÙ ¼ö ÀÖ½À´Ï´Ù.
¿¬±¸¿¡ µû¸£¸é ÃæÁø ¹Ðµµ´Â ¿øÇüµµ¿Í ¾çÀÇ »ó°ü°ü°è°¡ ÀÖÀ¸¸ç [3], ÀÌ´Â »ùÇà B(1.01 g/mL)°¡ »ùÇà C(0.95 g/mL)º¸´Ù ´õ Å« ÃæÁø ¹Ðµµ¸¦ °¡Áø´Ù´Â °ÍÀ» ÀǹÌÇÕ´Ï´Ù.
ÃæÁø ¹Ðµµ¿Í ÀÔÀÚ Å©±â °á°ú¿¡ µû¸£¸é, ¼¼ °¡Áö »ùÇà Áß »ùÇà B°¡ °¡Àå ¶Ù¾î³ ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¿ë·®À» °¡Áú °ÍÀ¸·Î ¿¹»óµË´Ï´Ù.
Repeatability
ÀçÇö¼ºÀº ÀÔÀÚ Å©±â ÃøÁ¤¿¡¼ Áß¿äÇÑ ÆĶó¹ÌÅÍÀÔ´Ï´Ù. ±×¸² 3¿¡ µû¸£¸é, »ùÇà CÀÇ ¼¼ ¹øÀÇ ¹Ýº¹ ÃøÁ¤¿¡¼ ÀÔµµ ºÐÆ÷°¡ °ÅÀÇ µ¿ÀÏÇÏ°Ô ³ªÅ¸³µ½À´Ï´Ù.
Figure 3. Repeatability of Sample C
Table 3. Repeatability of typical particle size values
Table 3Àº »ùÇà C ÀÇ ´ëÇ¥ÀûÀÎ °ªµéÀÇ ÀçÇö¼ºÀ» º¸¿©ÁÝ´Ï´Ù. D10, D50, D90 °ªÀÇ ÀçÇö¼ºÀº °¢°¢ 0.28%, 0.08%, 0.33%ÀÔ´Ï´Ù.
Bettersizer S3 Plus´Â ³ôÀº °á°ú ÀçÇö¼ºÀ¸·Î ½Å·ÚÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ÀåºñÀÔ´Ï´Ù.
Conclusion
ÀÔÀÚ Å©±â¿Í Çü»óÀº ¸®Æ¬ ÀÌ¿Â ¹èÅ͸®(LIB) ¾ç±ØÀÇ ¿¡³ÊÁö ÀúÀå ¿ë·®À» °áÁ¤ÇÏ´Â µÎ °¡Áö ÁÖ¿ä ¿ä¼Ò·Î, Á¦Á¶ °øÁ¤ÀÇ È¿À²¼ºÀ» Çâ»ó½ÃÅ°±â À§ÇØ
À̸¦ ÃÖÀû ¹üÀ§ ³»¿¡¼ ¸ð´ÏÅ͸µÇÏ°í Á¦¾îÇØ¾ß ÇÕ´Ï´Ù. Áß±¹ Ç¥ÁØ GB/T 38887-2020¿¡ µû¸£¸é, È濬ÀÇ ¿øÇüµµ´Â µ¿Àû À̹ÌÁö ¹æ½ÄÀ¸·Î,
ÀÔÀÚ Å©±â´Â ·¹ÀÌÀú ȸÀý ¹æ½ÄÀ¸·Î ÃøÁ¤ÇØ¾ß ÇÕ´Ï´Ù [4].
±âÁ¸ ¹æ¹ýÀº ÀÔÀÚ Å©±â¿Í Çü»ó °á°ú¸¦ °¢°¢ ¾ò±â À§ÇØ ÃÖ¼Ò µÎ °³ÀÇ Àåºñ°¡ ÇÊ¿äÇÕ´Ï´Ù.
Bettersizer S3 Plus´Â ·¹ÀÌÀú ȸÀý°ú µ¿Àû À̹ÌÁö ±â¼úÀ» ÇϳªÀÇ Àåºñ¿¡ °áÇÕÇÏ¿©, Á¦Á¶¾÷ü°¡ ÇÑ ¹øÀÇ ÃøÁ¤À¸·Î ÀÔÀÚ Å©±â¿Í Çü»ó °á°ú¸¦ ¾òÀ» ¼ö ÀÖ´Â ÃÖÀûÀÇ ¼±ÅÃÀÔ´Ï´Ù.
Reference
[1] Chen, J., Zhou, H., Chang, W., & Ci, Y. (2003). Effect of Particle Size on Lithium Intercalation Performance of Graphite Anode. Acta Physico-Chimica Sinica, 19(03), 278-282.
[2] Yan, C., Zhang, M., & Lin, Y. (2015). Effect of Graphite Particle Size on Tap Bulk Density. Non-Metallic Mines, 38(3).
[3] Teng, D., Li, P., Yuan, N., Lyu, J., Chen, J., Lin, L., & Chen, H. (2021). Process para meters optimization of natural graphite spheroidization. China Powder Science and Technology, 27(4).
[4] GB/T 38887-2020 - spherical graphite.
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