배터리 소재 분석 공정에서 XRF의 역할
원료 & 전구체
입고 원료부터 양극재 생산까지 조성, 불순물 및 품질 일관성을 관리하세요.
혼합 수산화물 침전물(MHP)
혼합 수산화물 침전물(MHP)은 니켈·코발트 수산화물이라고도 하며, 배터리 소재 공급망에서 중요한 중간 원료입니다. 일반적인 조성은 다음과 같습니다.
니켈(Ni): 25–55 wt%
코발트(Co): 1–20 wt%
광석, 시약 또는 습식제련 공정에서 유래한 미량 불순물도 XRF를 통해 손쉽게 검출하고 정량 분석할 수 있습니다. 정확한 분석을 위해서는 시료의 조성 특성을 반영한 검량선과 적절한 시료 전처리가 필요합니다.
시료를 균일한 입도로 분쇄합니다(권장 입도: 75 µm 미만).
높은 분석 정밀도를 확보하려면 적절한 바인더를 사용해 시료를 압축 성형하여 펠릿으로 제작합니다.
신속한 공정 모니터링에는 분말을 시료 컵에 직접 담아 분석할 수도 있으며, 이 경우 분석 정밀도가 다소 낮아질 수 있습니다.
- 니켈(Ni): 25–55 wt%
코발트(Co): 1–20 wt%
우수한 분석 정밀도(RSD 0.1% 미만)
철(Fe), 망간(Mn): 10,000 ppm 미만
칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 칼륨(K): 5,000 ppm 미만
나트륨(Na), 황(S) 등 잔류 성분 관리
알루미늄(Al), 규소(Si), 염소(Cl) 등 오염 물질 및 불순물 관리
적합한 분석 분야
입고 원료 검사
주요 원소(Ni, Co) 함량 측정 및 불순물 분석
주요 장점
시료 전처리를 최소화하면서 신속한 분석 가능
다원소 동시 분석
낮은 운영 비용
ICP 분석 기법을 보완하는 분석 솔루션
대량 시료를 신속하게 처리해야 하는 생산 환경에 최적화
NMC 파우더
니켈·망간·코발트(NMC) 양극재는 전기차 및 에너지저장장치(ESS)용 리튬이온 배터리에 널리 사용되는 양극 활물질(CAM)입니다. 용도에 따라 NMC111, NMC532, NMC622, NMC811 등 다양한 니켈·망간·코발트 조성비의 소재가 생산됩니다.
XRF는 전구체 생산부터 소성 공정을 거쳐 최종 양극재가 완성되기까지 제조 공정 전반에 적용할 수 있습니다. 원소 조성을 확인하고 불순물을 모니터링하며, 생산 배치 간 품질 일관성을 확보하는 데 활용됩니다.
대표성 있는 분석 결과를 확보할 수 있도록 시료를 균질하게 혼합합니다.
최적의 분석 정밀도를 확보하려면 적절한 바인더를 사용해 시료를 압축 성형하여 펠릿으로 제작합니다.
NMC 조성에 따라 시료의 매트릭스 특성을 반영한 검량선 사용을 권장하며, 최고 수준의 분석 정밀도를 위해서는 용융 비드법을 권장합니다.
니켈(Ni), 망간(Mn), 코발트(Co) 양극재 조성 관리
알루미늄(Al), 마그네슘(Mg): 2,000 ppm 미만
철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 아연(Zn), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 황(S), 염소(Cl) 미량 분석
티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 텅스텐(W): 500 ppm 미만
주요 적용 분야
원료 입고 검사
Ni:Mn:Co 비율 검증
불순물 정기 모니터링
생산 배치 출하 승인
주요 장점
신속한 다원소 동시 분석
높은 시료 처리량
비파괴 분석
주요 원소 조성 분석에서 뛰어난 정밀도
인산철리튬(LFP)
인산철리튬(LFP) 배터리는 낮은 비용과 열폭주에 대한 우수한 안전성을 바탕으로 시장 점유율을 확대하고 있습니다. NMC 배터리보다 충·방전 수명이 길지만, 동일한 전력 용량을 구현하기 위해 더 무겁고 부피가 크다는 특징이 있습니다. 이러한 특성으로 LFP 배터리는 고정형 에너지 저장 장치(ESS)와 보급형 전기차(EV) 시장에서 널리 사용되고 있습니다.
XRF를 통한 원소 조성 분석 및 불순물 관리는 최종 LFP 양극재의 목표 전기화학적 성능, 사이클 수명 및 안전성을 확보하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
인산 유래 전구체는 액체 시료 컵에 담아 헬륨 퍼지 조건에서 측정할 수 있습니다.
용액 및 전구체의 화학적 조성 차이를 반영하기 위해 매트릭스 일치 검량법을 권장합니다.
전구체 품질 및 반응 공정 관리를 위해 Fe:P 비율을 엄격하게 모니터링
Fe:P 비율 기준: 1:1
4회 측정값의 최대·최소 편차 기준: P < 0.015%, Fe < 0.03%
잔류 미량 불순물 관리: Na, S, Cl < 500 ppm
주요 적용 분야
원료 입고 검사
정기 공정 모니터링(예: Fe:P 비율 검증)
불순물 스크리닝
주요 장점
시료 전처리를 최소화한 직접 측정
짧은 측정 시간
ICP 분석을 보완하는 분석 기법
동박
동박(Copper Foil)은 리튬이온 배터리, 플렉시블 전자기기 및 반도체 분야에 사용되는 핵심 집전체입니다. 배터리용 동박은 일반적으로 99.9 wt% 이상의 순도를 요구하며, 전기전도도, 기계적 특성 및 전기화학적 안정성을 확보하기 위해 미량 금속 불순물을 엄격하게 관리해야 합니다.
주요 불순물은 다음 공정에서 발생할 수 있으며, XRF를 통해 신속하게 스크리닝할 수 있습니다.
전해 정련 공정
압연 및 어닐링(열처리) 공정
표면 처리 및 코팅 공정
취급 및 제조 과정에서의 교차 오염
동박을 별도의 전처리 없이 원상태 그대로 직접 분석합니다.
측정 표면은 깨끗하고 건조해야 하며, 유분, 지문 및 먼지가 없어야 합니다. 일관된 측정 기하 조건을 유지할 수 있도록 평평하고 주름이 없는 시료를 사용합니다.
두께가 20 µm 미만인 얇은 동박은 분석 정밀도를 높이기 위해 적절한 지지체를 사용하여 무한 두께 조건(Infinite Thickness) 을 확보합니다.
Fe, Ni, Cr, Zn, Sn, Mn, Co < 50 ppm
S, Cl < 100 ppm
검량법을 통한 부동태 피막 두께 측정
주요 적용 분야
고순도 배터리용 동박 분석
극미량 불순물 정량 분석
신속한 비파괴 분석
주요 장점
뛰어난 스펙트럼 분해능
미량 금속 불순물에 대한 낮은 검출 한계
복잡한 미량 원소 분석에서 스펙트럼 중첩 최소화
흑연 음극재
고순도 흑연은 배터리의 용량, 사이클 수명 및 안전성을 극대화하는 데 필수적입니다. 금속 불순물은 원치 않는 부반응을 촉진할 수 있으며, 광물성 오염물은 전기화학적 성능과 제조 수율에 영향을 미칠 수 있습니다.
주요 불순물은 다음 공정에서 발생할 수 있습니다.
광석 선광 공정
정제 공정
분쇄 및 구형화 장비
코팅 및 혼합 공정
생산 과정에서의 교차 오염
이러한 불순물과 오염은 고출력 파장분산형 XRF(WDXRF) 또는 전반사 XRF(TXRF) 를 통해 신속하게 모니터링할 수 있습니다.
- 흡착된 수분을 제거하기 위해 분말을 건조합니다.
대표성 있는 분석 결과를 확보하기 위해 필요한 경우 시료를 분쇄하거나 균질화합니다.
최적의 분석 정밀도를 확보하기 위해 비탄소계 바인더를 사용하여 압축 펠릿을 제조합니다.
- 모든 불순물 원소를 관리해야 합니다: Na, Mg, Al, Si, S, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd
주요 적용 분야
배터리급 흑연 품질 검사
극미량 금속 불순물 정량 분석
경원소(Mg, Al, Si, S) 분석
주요 장점
뛰어난 스펙트럼 분해능
미량 불순물에 대한 낮은 검출 한계
ICP-AES 분석을 보완하는 분석 기법
재활용
블랙 매스
블랙매스의 조성은 배터리 화학계와 재활용 공정에 따라 달라지지만, 일반적으로 다음과 같은 물질을 포함합니다.
양극 활물질(NMC, NCA, LCO, LMO, LFP)
흑연 음극재
잔류 전해액 및 바인더
미세 구리 및 알루미늄 입자
전이금속 및 리튬 화합물
블랙매스는 조성이 불균일한 특성이 있으므로, 재현성 있는 XRF 분석 결과를 확보하려면 대표성 있는 시료 채취와 적절한 균질화가 필수적입니다.
브루커의 휴대용 및 탁상형 XRF 솔루션은 주기율표 전반의 다양한 원소를 손쉽게 스크리닝할 수 있도록 지원합니다.
- Dry the sample to remove residual moisture and volatile electrolyte components.
- Grind and homogenize the material to achieve a uniform particle size (<75 µm recommended).
- Prepare a pressed pellet using a suitable binder for optimum analytical precision.
- Loose powder sample cups may be used for portable device to provide quick major elements determination.
- 주요 원소: Ni, Co, Mn, Fe, Cu, Al, P — 유가금속 회수를 위한 분석
미량 원소: Cr, Pb, S, Cl, Br — 환경 규제 준수 여부 확인
주요 적용 분야
블랙매스 입고 검사
원료 분류
구리(Cu)·알루미늄(Al) 분리 공정 모니터링
주요 장점
신속한 다원소 분석
최소한의 시료 전처리
배터리 재활용 공정 관리를 위한 높은 시료 처리량
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