리튬 이온 배터리는 전기자동차와 같은 고출력 어플리케이션응용 분야에서 그 수요가 늘고 있습니다. 수요가 계속 늘고 있기 때문에 고출력 배터리 제조업체들은 엄격한 품질 관리 조치를 통해 리튬 이온 배터리의 안전성과 성능을 보장할 수 있어야 합니다.
품질 관리에 유용한 솔루션 한 가지는 휴대용 XRF 분석기입니다. 모든 프로세스 단계에서 규정 준수 검사 기준에 지속적으로 부합할 수 있도록 이 분석기가 고출력 리튬 이온 배터리 공급망 전반에서 담당하는 중요한 역할에 대해 알아보십시오.
미래의 에너지는 전기: 고출력 리튬 이온 배터리를 통한 혁신
고에너지, 높은 배터리 전압, 광범위한 작동 온도, 긴 저장 수명 등의 장점 덕분에 리튬 이온 배터리는 다양한 전자전기 장비에 널리 사용됩니다. 사실, 전 세계 리튬 이온 배터리 시장 규모는 2025년까지 944억 달러로 성장할 것으로 추정됩니다.
리튬 이온 배터리 채택을 견인하는 주요 원동력은 전 세계의 전기자동차 생산 확대입니다. 따라서 대용량 리튬 이온 배터리는 향후 전기자동차의 주요 동력원 역할을 담당할 것으로 예상됩니다. 오늘날 재료 공급업체, 고출력 배터리 제조업체 및 전기자동차 제조업체들은 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 배터리에 대한 연구개발에서 폭넓게 협력하고 있습니다.
자동차 산업에서 고출력 리튬 이온 배터리에 수반된 위험 요소
그렇지만, 이러한 혁신에는 중요한 안전 문제가 수반됩니다. 즉, 리튬 이온 배터리로 인한 화재나 폭발과 같은 대형 사고가 점차 증가하고 있습니다. 일반적으로 이러한 사고는 내부 및 외부 요인 모두로 인해 발생합니다.
- 배터리의 재료 성분이나 생산 공정과 같은 내부 요인이 배터리 안전에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 외부 요인은 과충전 및 압박과 같이 열악한 배터리 사용 조건을 말하며, 이로 인해 배터리가 팽창, 연소 또는 심지어 화재가 발생할 수 있습니다.
단락은 대다수 리튬 이온 배터리 사고의 원인입니다. 내부 단락은 배터리 내부의 양극 전극과 음극 전극이 의도치 않게 접촉하는 것을 말합니다.
일반적으로 그 원인은 다음과 같습니다.
- 생산 공정에 유입된 금속 불순물
- 전극 금속 호일의 절단 부위가 남아 있는 버(Burr)
- 배터리 사용으로 인해 형성된 리튬 덴드라이트
- 압박 및 기타 예상치 못한 기계적 응력
리튬 이온 배터리 결함의 원인에는 직접적인 원인과 간접적인 원인이 있습니다.
리튬이온 배터리 공급망에서 휴대용 XRF 분석기의 역할
다행히 휴대용 XRF 분석기는 생산 공정에서 발생한 문제를 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다. 리튬 이온 배터리 공급망에서 이 분석기의 역할을 직접 보여주기 위해 다음 예를 살펴보겠습니다.
리튬 이온 배터리 제조업체 A는 생산 시설의 배터리 및 배터리 접촉부용 주요 원료를 분석하고 테스트하기 위해 올림푸스 Vanta™ 휴대용 XRF 분석기를 여러 대 구입합니다.
올림푸스 Vanta 휴대용 XRF 분석기.
규정 준수 요구 사항에 따라 리튬 배터리 전극 재료의 금속 원소(철, 은, 코발트, 아연, 구리, 니켈 및 크롬 포함) 농도에는 일정한 제한값이 적용됩니다. 이러한 제한값은 일반적으로 30~50ppm이며, 그 이유는 리튬 배터리 재료의 이물질이 (극소량이더라도) 배터리를 사용할 때 단락을 일으킬 수 있기 때문입니다.
그 결과, 제조업체 A의 생산 시설에는 금속 물체가 배터리 전극 재료에 잘못 유입되지 않도록 방지하기 위해 여기저기 흩어진 금속 부품이 없도록 엄격하게 규제되고 있습니다.
제조 공정 중에 금속 함유 이물질이 잘못 유입되면 리튬 이온 배터리가 폭발할 수 있습니다.
하지만 리튬 배터리 제조업체 A와 이 업계의 다른 제조업체만이 재료의 금속 이물질 함량을 측정해야 하는 것은 아닙니다.
제조업체 A의 원료 공급업체와 배터리 제조 장비 공급업체도 이 작업을 수행하여 전체 공급망(상위 및 하위 업체 모두)에서 동일한 일련의 검사 기준을 준수해야 합니다. 그 결과, 제조업체 A의 원료 공급업체 B는 유사한 품질 관리 작업을 수행하기 위해 휴대용 XRF 분석기를 여러 대 구입했습니다.
또한 장비 공급업체 C는 제조업체 A에 배터리 재료를 생산하는 장비를 공급하므로 이러한 구성 요소에 대해 품질 관리 테스트도 수행해야 합니다. 한 가지 예로는 아래 그림과 같은 임펠러 블레이드가 있습니다.
블레이드의 빨간색 원은 공급업체 C가 테스트해야 하는 위치를 나타냅니다. 합금 표면은 탄화 텅스텐으로 코팅되어 있습니다. 테스트에서 철 또는 구리와 같은 금속 원소가 검출되면 테스트된 블레이드는 요구 사항에 부합하지 못합니다. 경험에 비춰볼 때 최소 50µm의 탄화 텅스텐 두께가 요구 사항에 부합할 수 있습니다.
제조업체 A의 요구대로 모든 생산 장비의 표면은 장비 합금 노출을 방지하고 리튬 배터리 재료의 순도가 저하되지 않도록 탄화 카바이드를 최소 50µm의 두께로 코팅해야 합니다.
또한 공급업체 C는 구입한 탄화 텅스텐에 대한 규정 준수 점검을 수행하고, 해당 탄화 텅스텐 공급업체 D도 이와 동일한 조치를 취할 것을 요구해야 합니다. 그 외에도, 리튬 이온 배터리에 일반적으로 사용되는 삼원 리튬 전극 재료는 배터리가 수명이 다하면 재활용될 수 있습니다. 재활용업체에서 폐배터리를 테스트하고 분류할 때 휴대용 XRF 분석기를 사용하면 유용합니다.
다음 순서도에서 볼 수 있듯이 올림푸스의 휴대용 XRF 분석기는 리튬 이온 배터리 공급망의 모든 단계에서 매우 유용할 수 있습니다.
휴대용 XRF 분석기는 리튬 이온 배터리 공급망의 모든 부분에 이점을 제공할 수 있습니다.
