배터리 제조 및 품질 관리

브루커의 솔루션은 생산 과정 전반에 걸쳐 가치를 제공하며 각 분석 기술은 배터리 제조 공정의 다양한 단계에서 다방면의 활용 가능성을 지닙니다.

배터리 제조 각 단계에서 품질과 성능을 향상시키기 위한 분석 솔루션 활용 방안에 대해 더 알아보시려면 아래 항목을 통해 관심 있는 단계로 바로 이동하실 수 있습니다:

원재료 및 전구체의 식별과 품질 검증은 신뢰성 있고 고성능 배터리 생산을 위한 핵심 절차입니다. 소재의 특성 확인에서 오염 분포 분석에 이르기까지의 고도 품질 보증은 브루커의 분석 장비 포트폴리오를 통해 실용적이고 안정적으로 수행 가능합니다.

당사의 시스템에는 빠르고 정확한 조성 검증을 위한 X-선 형광 (XRF) 분광기와 나노스케일 수준에서 공간적 원소 및 구조 분석을 가능하게 하는 전자 현미경 기반 검출기,그리고 분자 및 원자 수준에서 원료를 평가하는 자기 공명 분광기(NMR, EPR)가 포함됩니다.

배터리 생산에 사용되는 금속, 염, 습식 전구체와 같은 원재료의 순도는 매우 중요합니다. 미세한 불순물조차도 배터리 용량 손실, 부반응 발생, 또는 셀 수명 감소를 초래할 수 있습니다.

XRF는 원소 검증과 오염 물질 검출을 위해 빠르고 정량적이며 비파괴적인 원소 분석을 제공하며 미량 수준의 농도에서도 효과적으로 사용 가능합니다.

배터리 산업에서 XRF는 다음과 같은 용도로 널리 활용됩니다:

• NCM 황산염 용액 내 Ni:Co:Mn 비율을 결정하여 올바른 양극 조성을 확보
• 구리 및 알루미늄 박의 품질 관리 수행
• 음극 기능에 영향을 줄 수 있는 흑연 분말 내 불순물 검출
• 전도성 염 및 습식 전구체의 순도 및 화학양론적 조성 확인, 안정적인 후속 공정 지원

품질 관리 워크플로우에 XRF를 통합하면 제조업체가 높은 품질 기준을 유지하고 생산 위험을 최소화할 수 있습니다. Bruker는 일상적인 분석을 간소화하는 직관적인 소프트웨어를 갖춘 진보된 XRF 시스템과, 공장 입고 현장에서 유연하게 사용할 수 있는 휴대용 XRF 솔루션을 모두 제공합니다.

흑연은 리튬이온전지의 애노드(Anode) 재료 전구체로, 리튬이 인터칼레이션되기 위한 구조를 담당하는 동시에 전도도와 사이클 수명에도 영향을 줍니다. 입자 크기, 형상, 내부 결함 등의 변동은 코팅 불균일, 성능 저하, 안전 리스크로 이어질 수 있으므로 흑연의 높은품질이 요구됩니다. 

XRM은 흑연 입자를 비파괴 방식으로 3D 관찰할 수 있어, 입도 분포와 형상 균일성 확인뿐 아니라 이물질 여부 및 보이드관찰도 가능합니다.

X4 POSEIDON은 서브마이크론 분해능을 갖추고 있어, 물리적 절단 없이도 빠르고 정밀한 형태(형상) 분석을 수행할 수 있습니다. 3D 이미징을 흑연 품질 확인에 활용하면 고품질 애노드 재료의 안정적인 생산에 기여할 수 있습니다.

흑연은 개방 회로 전압이 낮아 충전 중, 특히 저온, 고속 충전, 높은 충전 상태에서 금속 리튬이 침착되기 쉽습니다.

전자 스핀 공명(EPR) 분광법은 현장 외(ex-situ), 현장 내(in-situ), 작동 중 측정에 이상적이며, 벌크, 덴드라이트, 금속 필라멘트와 같은 리튬 금속 침착물을 자세히 분석할 수 있습니다. EPR 분광법을 통해 표면 화학, 상전이 및 구조 변화를 비파괴적으로 모니터링하고 조사할 수 있습니다.

리튬 이온 배터리(LIB)의 분리막은 양극과 음극을 전기적으로 절연하는 동시에 리튬 이온이 전극 사이를 이동할 수 있도록 합니다. 분리막의 설계와 품질은 배터리의 안전성, 열 안정성 및 전반적인 성능에 상당한 영향을 미칩니다.

전기 자동차 분야에서는 분리막 제조에 주로 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)이 사용되지만, 대체 폴리머 배합 및 세라믹 첨가제에 대한 개발도 활발히 진행되고 있습니다.

시간 영역 핵자기 공명(TD-NMR)은 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 특성 분석에 널리 사용되는 신속하고 비파괴적인 분석 기법입니다. TD-NMR은 분자 이동성을 측정하여 결정화도, 밀도, 가교 밀도와 같은 물리적 특성을 직접적으로 파악할 수 있도록 해줍니다. 이 방법은 고분자 산업에서 연구 개발 및 품질 관리 분야 모두에서 일상적으로 활용되고 있습니다.

양극 활물질(CAM)은 배터리의 양극을 구성하는 핵심 소재이며, CAM의 품질은 배터리의 에너지 밀도, 수명, 그리고 전체 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

고성능 CAM을 생산하기 위해서는, 소성(calcination) 공정 모니터링부터 최종 제품의 미세구조 분석, 용매 회수 분석에 이르기까지 전 과정에서 정밀한 품질 관리가 필수적입니다.

Bruker는 생산 효율을 높이고 고품질 CAM을 확보하기 위해, 이 생산 단계 전반을 정밀하게 제어할 수 있는 다양한 X-선 기반 솔루션을 제공합니다.

pCAM은 최종 CAM이 생산되기 전에 제조되는 중간 소재로, 일반적으로 NCM 황산염 용액으로부터 생성되며 원하는 구조와 조성을 얻기 위해 추가 공정을 거칩니다. pCAM은 NCM 계열 양극 소재의 특성을 직접적으로 결정하므로, 전기화학적 성능의 일관성과 장기적 안정성을 확보하기 위해 이 단계에서의 엄격한 품질 관리는 매우 중요합니다.

X-선 회절(XRD)은 pCAM의 결정학적 품질을 평가하는 데 널리 사용되는 분석 기법입니다. 회절 피크의 이방성(anisotropic) 폭과 형태는 전구체 층상 구조 내 적층 결함(stacking fault)을 확률로 모델링할 수 있습니다. Bruker의 최신 XRD 솔루션을 활용하여 제조업체는 구조적 완전성을 검증하고 고성능 NCM 양극제에 최적화된 pCAM을 확립할 수 있습니다.

CAM 합성 과정에서 수산화물 전구체는 소성 공정을 거쳐 목표로 하는  결정 구조를 형성합니다. 이 열공정 제어는 올바른 결정상 조성 및 격자 구조를 가진 CAM 생산에 매우 중요합니다.

XRD는 상전이를 실시간 또는 후처리 검증을 제공하여 완전한 전환여부를 확인하고 잔류 수산화물 상을 검출합니다. 소성 중 결정립 성장 및 미세 변형 발생도 모니터링 가능하여 온도 프로파일과 유지 시간을  최적화하는데 도움이 됩니다.

Bruker사의 D8 ADVANCE X선 회절기를 통해 제조사는 구조적 일관성을 보장하고 배터리 품질을 저해할 수 있는 결함을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

용매 회수는 폐기물 감소와 CAM 생산 과정의 효율 유지를 도와줍니다. X-선 형광 (XRF) 분석은 회수된 용매의 조성을 신속하게 파악할 수 있게 하며 제조업체가 용매의 순도를 빠르고 정확하게 검증하고 잔류 금속이나 오염 물질을 탐지할 수 있도록 지원합니다. 이를 통해 재활용 품질을 일관되게 유지하고 불순물이 생산 공정에 다시 유입되는 것을 방지할 수 있습니다.

여러 습식 화학적 방법이나 ICP 분석법과 비교했을 때, XRF는 시료 준비가 간단하며 처리 속도가 빠르다는 장점을 지닙니다. 따라서 이러한 일상적인 공정 모니터링 단계에 이상적인 측정 방식입니다.

브루커는 실험실 기반 XRF 분광기와 휴대용 XRF 장치를 모두 제공하여 다양한 환경에서 유연하게 활용할 수 있도록 지원합니다.

CAM의 품질은 배터리의 성능과 신뢰성을 결정하므로, 그 구조 및 형태학적 완전성이 매우 중요합니다. 이 단계에서의 품질 관리는 CAM이 결정 구조와 입자 기하학에 대한 엄격한 사양을 충족하도록 보장합니다.

X선 회절(XRD)은 결정 분석의 업계 표준 기술로 자리 잡았으며, 구조적 안정성과 리튬 이온 이동성의 핵심 지표인 격자 상수, 결정립 크기 및 상 순도를 정기적으로 정밀하게 측정할 수 있습니다. 원자 위치 및 위치 점유율과 같은 세부 매개변수도 정밀하게 분석할 수 있습니다. 예를 들어, 리튬과 니켈이 잘못된 격자 위치를 점유하면 배터리 용량이 감소하고 열화가 가속화됩니다. Bruker의 XRD 시스템은 고급 정밀화 도구를 통해 고해상도 결정학적 분석을 제공하여 제조사가 구조적 완전성을 확인하고 일관된 고성능 배터리를 위한 CAM을 최적화할 수 있도록 합니다.

XRM은 내부 구조의 입도 분포, 형상, 표면 형상을 비파괴방식을 통해 3D 형상을 확인할 수 있습니다. 이러한 요소들은 전극의 충진 밀도, 코팅 균일성, 기계적 강도에 영향을 줍니다. 불균일한 형상이나 이물 입자를 조기에 파악하여 결함 발생을 억제하고 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

Bruker의 3D XRM 솔루션은 서브마이크론 분해를 기반으로 CAM 제조에서 품질 기준을 확인하기 위한 빠르고 정밀한 분석을 제공합니다.

NCM(니켈-코발트-망간) 파우더는 많은 리튬 이온 배터리의 양극재 주요 활물질로, 에너지 밀도, 사이클 수명 및 안전성에 직접적인 영향을 미칩니다.

조성과 미세구조는 배터리가 에너지를 저장하고 방출하는 효율성을 결정합니다. NCM 파우더의 사전 선별은 균일성과 불순물 여부에 따라 최종 배터리 셀의 결함 및 성능 저하를 방지하는 데 필수적입니다.

당사의 주사전자현미경(SEM) 기반 솔루션은 불순물 위치 파악, 입자 분석 및 심층 미세구조 평가에 활용될 수 있습니다.

미량의 불순물도 전기화학적 성능을 저하시킬 수 있으므로 NCM 파우더의 불순물 검사는 매우 중요합니다. 또한 불순물의 위치를 파악하면 그 원인을 추적하고 제거하는 데 도움이 됩니다. SEM에 탑재된 에너지 분산형 X선 분광법(EDS)은 미세~나노 규모에서의 공간적 원소 분석을 위한 강력한 도구입니다. 

업계 선도적인 XFlash® FlatQUAD EDS 검출기는 저진공 조건이나 시료 코팅 없이도 벌크 및 개별 수준에서 구형 입자를 신속하게 검색할 수 있게 합니다. 이 EDS 검출기의 독특한 환형 설계는 초고속, Shadow 없는 매핑을 가능하게 하여 밀리미터 규모 영역에 걸쳐 수백 개의 입자를 정확하게 검색할 수 있습니다. 

벌크 분석 외에도 XFlash® FlatQUAD가 수집한 고해상도 데이터는 수백 나노미터 크기의 미세 오염물질을 식별 및 국소화하여 개별 입자에 대한 심층적인 공간 원소 분석을 가능하게 합니다. 

배터리 생산에서 일관된 품질을 보장하기 위해 NCM 파우더 미세구조에 대한 정량적 특성화는 필수적입니다. 고해상도 전자후방산란회절(EBSD) 맵핑은 품질 관리 프로세스를 강화하여 NCM 파우더가 최적의 미세구조를 갖도록 돕습니다.

혁신적인 eWARP를 사용하면 제조업체는 나노스케일에서 결정립의 방향성 및 크기 분포를 기록적인 시간 내에 측정할 수 있습니다. 단일 NCM 파우더 내 1,000개 이상의 결정립을 시각화하여 미세구조 균일성을 검증하고 성능에 영향을 미칠 수 있는 결함을 식별할 수 있습니다.

배터리 셀 제조 전, 양극, 음극, 폴리머 막 등 각 구성 요소는 결함 및 오염 물질에 대한 검사를 반드시 거쳐야 합니다. 이를 소홀히 할 경우 배터리 고장이나 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

셀 구성품 품질 관리를 위한 브루커의 솔루션은 다음과 같습니다:

• 결정 (crystal) 구조 및 조직 (texture) 확인을 위한 X선 회절 분석 (XRD)
• 3D X선 현미경 (XRM): 내부 구성 요소를 3차원으로 비파괴 검사
• 미세 X선 형광 분석기(Micro-XRF)로 미량 오염물 신속 탐지 및 위치 파악
• 핵자기공명(NMR)을 이용하여 미세 구조, 이온 이동도 및 전해질 품질을 분석
• 시간 영역 핵자기공명(TD NMR)을 이용하여 고분자 멤브레인의 무결성, 슬러리의 균질성 및 고형분 함량을 확인
• 전자 상자성 공명(EPR)을 이용하여 배터리 원료의 상자성 결함, 전자 구조, 전하 저장 및 열화 메커니즘을 규명

이러한 도구들을 조합하여 제조업체는 셀로 조립되기 전에 셀 구성품의 높은 품질과 일관성을 보장할 수 있습니다.

XRM을 사용하면 캐소드의 내부 구조를 균일성 및 구조적 완전성 관점에서 확인할 수 있습니다. XRM을 활용하면 캐소드 입자를 3차원으로 시각화하여 입자 크기와 분포를 평가하는 동시에 보이드나 마이크로 크랙을 식별할 수 있습니다. 이러한 비파괴 분석을 통해 결함 가능성이 있는 캐소드를 조기에 찾아 배터리 셀에 조립되는 것을 피하는 데 도움이 됩니다.

X4 POSEIDON은 샘플 체인저를 통해 연속 측정이 가능하여 많은 종류의 샘플 분석을 효율적으로 진행할 수 있습니다.

양극 소재 내부의 국소 구조와 이온 동역학은 성능, 열화 메커니즘 및 수명 주기에 결정적인 역할을 합니다. 따라서 단거리 질서, 무질서 및 이온 이동성을 분석할 수 있는 기술은 이러한 과정을 이해하는 데 필수적입니다.

고체 핵자기 공명 분광법(ssNMR)은 양극 소재의 국소 구조를 분석하여 충전 및 방전 과정에서 발생하는 상 변화와 구조적 변형을 파악하는 데 사용됩니다.

특히, 무질서한 시스템에서 리튬/나트륨 이온의 환경을 감지하는 데 유용합니다. ssNMR은 다양한 시간 척도에서 이온 이동도(예: 7Li, 6Li)를 직접 측정하여 양극 내 리튬 이온 확산을 연구할 수 있도록 하며, 배터리 수명과 효율을 좌우하는 양극-전해질 계면(CEI) 분석에 매우 중요합니다. 브루커의 ssNMR 솔루션은 양극 활성 물질에 대한 분자 및 원자 수준의 통찰력을 제공하여 배터리 성능 최적화 및 제조 품질 관리를 가능하게 합니다.

X4 POSEIDON을 사용하면 아노드 재료의 3D 분석도 가능합니다. 입자 형상과 배향 등 내부 구조를 비파괴방식으로 3D 시각화하고 정량 분석할 수 있습니다.

XRD의 추가 활용은 중요한 정보를 추가제공하여 제조사가 흑연 음극의 결정 구조와 배향성(texture)을 검증할 수 있게 합니다. 이 두 요소는 모두 효율적인 이온 이동에 중요한 요소입니다. 브루커의 D8 ADVANCE X선 회절계는 빠르고 정확한 결정학적 분석을 제공하여 제조사가 음극 품질을 정밀하게 모니터링할 수 있게 합니다. 최신 검출기 기술과 유연한 구성옵션은 넓은 범위의 다양한 분석을 제공합니다.

XRD와 3D XRM을 함께 사용하면 제조업체는 음극이 적절한 구조를형성하고 구조적 문제가 없는지 명확하게 확인할 수 있습니다.

슬러리의 물리적, 화학적 특성 및 전극 표면에의 균일한 증착은 중요한 품질 관리 요소입니다. 이러한 특성은 스크류 속도, 혼합 시간, 정확한 원료 투입량과 같은 혼합 조건에 크게 영향을 받습니다. 슬러리의 균질성을 유지하는 것은 재료 안정성에 매우 중요하며, 이는 배터리 셀의 안전성과 수명을 향상시켜 궁극적으로 비용 절감으로 이어집니다.

Bruker minispec은 소형 탁상형 장비로 시간 영역 NMR(TD-NMR) 기술을 제공하여 분자 구조, 동역학 및 상호작용에 대한 중요한 정보를 제공합니다. 사용 편의성을 고려하여 설계되었으므로 전문가가 아니더라도 최소한의 시료 준비만으로 빠르고 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다. 이 기술은 특히 슬러리 시료의 침전 조기 감지, 고형분 함량 정량화, 배합 비율(활성 물질, 전도성 첨가제 및 바인더) 모니터링, 균질성 평가 및 분리 현상 식별에 효과적입니다.

폴리머 막 및 분리막은 전기화학적 과정에 방해가 될 수 있는 오염 물질이 없어야 하며, 이온 이동을 용이하게 하기 위해 적절한 기공 크기와 구조를 가져야 합니다.

마이크로 XRF 분광법을 사용하면 멤브레인 내 미량 금속 또는 기타 불순물 입자를 신속하게 검출하고 위치를 특정할 수 있습니다. M4 TORNADO는 QC 실험실 벤치탑에 쉽게 설치 가능한 데스크탑 분광기로, 미량 수준의 오염물질을 신속하게 검출합니다. 

3D XRM은 기공 크기와 분포에 대한 상세한 이미징을 제공하여 멤브레인이 설계 사양을 충족하는지 확인합니다. 이러한 도구를 결합함으로써 제조업체는 높은 청결 기준을 유지하고 멤브레인 성능을 최적화할 수 있습니다.

폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)는 리튬 이온 배터리(LIBs)의 핵심 구성 요소로, 주로 양극에서 활성 물질을 결합시키고 금속 전류 집전체에 접착시키는 바인더 역할을 합니다.

고해상도 다핵종 NMR(19F, 1H, 13C) 측정은 헤드-투-테일(head-to-tail) 영역의 결함, 사이드 체인 (branching) 및 사슬 말단 구조를 포함한 PVDF 사슬의 미세 구조를 분석합니다. 고체 NMR, 특히 19F MAS는 결정상(α, β, γ)과 비정질 영역을 구분하는 데 사용되며, PFG-NMR은 PVDF 기반 전해질에서 이온 이동도를 측정합니다.

구성 요소를 배터리 셀로 조립한 후에는 성능, 안전성 및 품질 기준이 준수되는지 확인하기 위한 엄격한 테스트가 필요합니다. 품질 관리는 숨겨진 결함 식별, 내부 구조 검증, 그리고 각 배터리 셀이 실제 환경에서 안정적으로 작동할 것임을 확인하는 데 중요합니다.

브루커의 3D X선 현미경(XRM) 솔루션은 배터리 셀 내부 구조의 비파괴적 고해상도 3D 이미징을 가능하게 합니다.

이를 보완하여 브루커의 X선 회절(XRD) 시스템 및 고체 핵자기 공명 (ssNMR)은 재료 구조에 대한 정밀한 정보를 제공합니다. 이 두 기술은 배터리 셀의 수명 주기 전반에 걸친 품질, 안정성 및 예상 성능에 대한 포괄적인 통찰력을 제공합니다.

Operando 측정은 배터리 셀을 실제 운전 조건에서 충전과 방전을 반복하는 동안 실시간으로 분석하는 방법을 의미합니다. 이러한 in-situ 접근법은 제조업체와 연구자가 배터리 셀 내부 구조의 변화를 직접 관찰할 수 있도록 하며 예를 들어 상 (phase) 변환, 가스 생성, 열화 (degradation) 등의 현상을 사용 중에 파악할 수 있습니다.

Operando 분석은 전통적인 검사 방법으로는 탐지하기 어려운 예기치 못한 용량 손실, 안전성 위험, 조기 고장과 같은 문제를 예방하는 데 기여합니다. 따라서 배터리 성능 및 신뢰성 확보를 위한 중요한 연구·산업적 도구로 자리매김하고 있습니다.

이러한 Operando 측정은 XRD, 3D XRM ssNMR 또는 마이크로 XRF를 사용하여 수행할 수 있습니다.

X선 회절을 이용한  오페란도(Operando) 측정

Operando  XRD 측정을 통해 사용자는 셀 의 충방전사이클 동안 배터리 전극의 결정 구조 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. XRD를 사용하면 충전 및 방전 과정에서 양극 및 음극 재료의 상 변화를 관찰하고 격자 상수변화를 정량화할 수 있습니다.

Bruker의 D8 ADVANCE는 빠른 데이터 수집 속도와 높은 감도를 갖추고 있어, 제조업체가 실시간으로 상세한 구조 정보를 정밀하게 기록할 수 있도록 지원합니다.

X선 현미경을 활용한 오페란도(Operando) 측정

Operando XRM 은 셀을 작동시키는 상태에서 배터리 내부 구조를 3D로 시각화합니다. 이 방법을 통해 사이클링 중 발생하는 가스 생성이나 전극 팽창과 같은 동적 변화를 관찰할 수 있습니다.

X4 POSEIDON은 고속 비파괴 3D 스캔과 타임랩스를 통해 잠재적인 고장 요인을 사전에 파악할 수 있습니다.

고체 NMR을 이용한 작동 중 측정(Operando NMR)

시장 요구에 부응하기 위해 제조업체는 생산 공정을 최적화하여 처리량, 속도, 효율성 및 자원 활용도를 향상시켜야 합니다. 이러한 과제를 해결하는 데 있어 심층적인 조사는 필수적이며, 고체 상태 현장 NMR 분광법과 같은 기술은 신뢰할 수 있고 포괄적인 분석 도구를 제공합니다.

브루커는 맞춤형 솔루션을 제공하며, 그중 하나인 브루커와 ePROBE의 결합 제품은 전류 수집 포트가 장착된 작동 중 프로브(operando probe)로, NMR 자석 내부에 있는 동안 전기화학 전지의 충전 및 방전을 가능하게 합니다. 또한, 프로브에는 기체 또는 액체용 통합 유로가 있어 레독스 흐름 전지, 금속-공기 전지 및 유사 시스템에 대한 실험이 가능합니다. 브루커의 완벽하고 고품질 솔루션은 학계 및 산업계의 배터리 연구 요구 사항을 충족하도록 특별히 개발되었습니다.

마이크로 XRF를 이용한 작동 중 측정

작동 중 마이크로 XRF는 셀 사이클링 동안 전극 내부 및 계면 전반에 걸쳐 주요 원소의 공간적 분포를 모니터링하는 신흥 기술입니다.

M4 TORNADO를 이용한 공초점 마이크로 XRF를 포함한 최근의 발전으로 깊이 프로파일링과 원소 변화의 3D 이미징이 가능해져 금속 증착 및 이온 이동과 같은 과정을 현장 모니터링할 수 있게 되었습니다.

작동 중 마이크로 XRF는 발전 중인 분야로, 최근 발표된 논문에서는 X선 투과 창을 사용하여 실제 배터리 셀에 적용한 사례를 보여주고 있습니다.

배터리 셀의 내부 설계 요소와 조립 상태는 XRM으로 확인할 수 있습니다. 벤치탑 XRM 모델인 X4 POSEIDON을 사용하면 시료를 개봉하거나 파괴하지 않고도 셀의 내부 구조를 3D로 시각화할 수 있습니다. XRM을 통해 아노드 오버행과 같은 중요한 설계 요소를 분석할 수 있으며, 셀 내부 전극의 정렬확인에 도움이 됩니다.

오버행 분석 외에도 XRM은 층간 박리(Delamination) 관찰과, 제조 또는 취급 과정에서 발생할 수 있는 크랙의 식별도 가능합니다. 내부 구조를 고분해능으로 시각화함으로써 이러한 이슈를 조기에 파악하고, 공정 개선이나 QC 기준을 위한 근거로 활용할 수 있습니다.

관통 시험등의 안전성 시험 평가에도 XRM을 활용할 수 있습니다. X4 POSEIDON을 사용하면 다양한 요소가 샘플 내부에 미치는 영향을 비파괴로 시각화하여 크랙 성장, 층간 분리, 가스 생성 등을 확인할 수 있습니다. 상세한 3D 이미징으로 안전성 평가와 셀 설계 개선을 할 수 있습니다.

배터리 셀 제조 과정에서 고장 분석은 배터리의 조기 고장이나 안전 문제로 이어질 수 있는 잠재적인 문제를 파악하고 해결하는 데 필수적입니다. 고장의 근본 원인을 정확히 파악함으로써 제조업체는 제조 공정 중에 시정 조치를 시행하여 유사한 문제가 재발하는 것을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

이러한 사전 예방적 접근 방식은 생산성과 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 상당한 비용 절감 효과를 가져옵니다. 배터리 셀 고장의 원인을 이해하면 지속적인 공정 개선이 가능해지므로 제조 공정을 효율적이고 경제적으로 운영할 수 있습니다.

현장(In-situ) 핵자기공명(NMR) 분광법은 배터리 재료에 대한 원자 수준의 정보를 제공하여 제조업체가 전극 구성, 전해질 및 분리막을 최적화할 수 있도록 지원합니다.

Bruker의 Avance NMR 솔루션은 자동화된 워크플로우를 제공하여 사용자 효율성을 향상시키고, 장비 설정, 교정 및 검증에 소요되는 시간을 최소화합니다. 사용자 친화적인 인터페이스 덕분에 NMR 전문 지식이 거의 없어도 원활하게 사용할 수 있습니다. 이 솔루션에는 이온 전도도 측정, 제품 분해 식별 및 정량화, 세포 생명주기 전반에 걸친 분해 경로 규명을 위한 사전 구축 및 검증된 방법이 포함되어 있습니다.

배터리 재활용은 지속 가능한 배터리 생산을 위해 필수적이며, 경제적·환경적으로 큰 이점을 제공합니다. 사용된 배터리로부터 블랙 매스 분석을 통해 중요 금속을 회수함으로써 제조업체는 불안정한 공급망에 대한 의존도를 줄이고 생산 비용을 절감할 수 있습니다.

효율적인 금속 회수는 리튬, 니켈, 코발트, 희토류 원소 (REEs)와 같은 핵심 원소가 공급망으로 다시 유입되도록 하여 순환 경제를 지원하고 기업이 규제 및 지속 가능성 목표를 달성하는 데 기여합니다.

브루커의 첨단 솔루션은 블랙 매스의 원소 및 조성 분석을 정밀하게 수행하여 재활용 공정을 최적화하고 중요 금속의 회수율을 극대화하는 데 필요한 데이터를 제공할 수 있습니다.

블랙 매스의 빠르고 정밀한 조성 분석은 브루커의 X-선 형광 (XRF) 분석 솔루션을 통해 가능합니다. 이 첨단 장비들은 신속하고 비파괴적인 원소 분석을 제공하여 연구자와 재활용 오퍼레이터가 중요 금속의 농도를 정확히 파악하고 배터리 재활용 과정에서 불순물 수준을 모니터링할 수 있도록 지원합니다.

Bruker의 XRF 솔루션은 속도, 민감도, 신뢰성을 고려하여 설계되었으며, 금속 회수 최적화와 고품질 재활용 배터리 소재 확보에 탁월한 선택지가 되어줄 것입니다. 실험실 환경에서는 데스크톱형 및 대형 XRF 분광기를 사용할 수 있으며, 생산 현장에서는 휴대용 XRF 장치를 통해 유연하면서도 정확한 분석을 수행할 수 있습니다.

핵자기공명(NMR) 분광법은 파쇄된 배터리 폐기물이나 침출액(예: NMC와 같은 양극재)에서 리튬 추출 효율을 실시간으로 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다. 이는 리튬 회수에 최적의 조건을 파악하는 등 화학 공정을 최적화하는 데 도움이 됩니다.

또한 NMR은 N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) 회수 공정을 정밀하고 실시간으로 정량 분석할 수 있도록 지원하여, 양극 슬러리 생산에 재사용할 수 있을 만큼 용매의 순도를 보장합니다. 양극 제조에서 고분자 결합제를 용해하는 데 사용되는 중요한 용매인 NMP의 회수는 생산 폐기물의 비용 효율적이고 지속 가능한 직접 재활용에 필수적입니다.

브루커의 다양한 분석 솔루션은 배터리 생산 및 재활용 전반에 걸쳐 가치를 제공하며, 각 솔루션은 여러 공정 단계에서 적용되어 품질 향상에 기여합니다. 

아래에서 각 기술과 배터리 산업에서의 적용에 대해 자세히 알아보십시오.