신에너지 산업의 급속한 확장은 고성능 음극재에 대한 수요 급증을 촉진하고 있습니다. 핵심 소재인 하드 카본의 생산량과 품질 요건 또한 이에 따라 증가하고 있습니다. 효율적이고 정밀한 가공 장비는 이러한 수요를 충족하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 본 논문에서는 하드 카본의 제조 과정과 하드 카본이 수행하는 중요한 역할에 대해 살펴봅니다. 제트 밀링 기술.
하드 카본 열분해 탄소의 한 종류를 말합니다. 고분자, 석유화학 제품, 바이오매스 등의 열분해를 통해 얻어지며, 난흑연화 탄소로 분류됩니다. 이는 전구체에 H, O, N과 같은 수많은 헤테로원자가 포함되어 있어 열처리 시 결정 영역 형성을 방해하기 때문입니다. 2500°C 이상의 고온에서도 흑연화가 어렵습니다.
경질 탄소 재료는 열분해 탄화 온도에 따라 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 고온 열분해 탄소(1000~1400°C)와 저온 열분해 탄소(500~1000°C)입니다. 탄소원에 따라 수지 탄소(예: 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리푸르푸릴알코올 수지 등), 유기 고분자 탄소(예: PVA, PVC, PVDF, PAN 등), 카본 블랙(예: CVD법으로 제조된 아세틸렌 블랙), 바이오매스 탄소(예: 식물 잔류물, 껍질 등) 등으로 분류할 수 있습니다.
그만큼 제트밀 Epic Powder의 분쇄기는 높은 효율과 최소한의 오염을 위해 설계되었습니다. 저희 분쇄기를 사용하면 경질 탄소를 1~50마이크론의 미세 분말로 가공할 수 있습니다. 따라서 전자 산업, 특히 전도성 페이스트 및 고급 탄소 첨가제에 매우 적합합니다.
경질 탄소는 구조적 팽창을 크게 유발하지 않으면서 리튬의 삽입을 촉진하며, 우수한 충방전 사이클 성능을 나타냅니다. 리튬 이온 배터리의 음극재로 사용되는 경질 탄소는 주로 전구체로 제조됩니다. 전구체에는 피치 기반, 바이오매스 기반, 수지 기반 소재 등이 있습니다.
경질 탄소를 제조하는 데 사용되는 전구체로는 아스팔트, 바이오매스, 설탕, 페놀 수지, 유기 고분자 등이 있습니다. 서로 다른 물질에서 생산된 경질 탄소 재료는 유사한 충전-방전 곡선을 보입니다.
① 피치로부터 하드카본 제조
피치 기반 전구체는 높은 탄소 잔류율, 다양한 원료 공급원, 그리고 저렴한 비용으로 인해 경질 탄소 제조에 매우 적합합니다. 그러나 피치는 흑연화되는 경향이 있고 탄화 과정에서 흑연과 유사한 구조를 쉽게 형성하기 때문에 피치에서 경질 탄소를 제조하려면 전처리가 필요합니다. 피치 전처리는 일반적으로 가교제를 사용하여 피치를 가교시키고, 미세 구조를 변형시키고, 열분해 탄화 과정에서 흑연 결정 성장을 억제하고, 고상 탄화를 수행하여 경질 탄소 재료를 얻는 과정을 포함합니다. 또 다른 피치 제조 방법은 예비 산화입니다. 산화제를 사용하여 피치를 예비 산화시켜 특정 산소 함량을 갖는 예비 산화된 피치를 얻습니다. 산소 헤테로원자의 존재로 인해 피치는 열분해 및 탄화 과정에서 규칙적인 구조를 형성하는 데 어려움을 겪습니다. 이로 인해 상대적으로 무질서한 미세 구조를 가진 경질 탄소 재료가 생성됩니다.
② 바이오매스로부터 하드카본 제조
바이오매스는 다양한 공급원을 보유하고 있으며, 환경 친화적이고 친환경적이며, 풍부한 헤테로원자와 독특한 미세 구조를 포함하고 있어 경질 탄소 제조의 전구체로 적합합니다. 일부 연구자들은 자몽 껍질을 탄소원으로 사용하여 경질 탄소 재료를 제조했습니다. 그들의 연구에 따르면, 제조된 시료의 우수한 리튬 삽입 성능은 재료의 독특한 기공 구조와 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 이 기공 구조는 재료가 전해질과 완전히 접촉하도록 돕고, 재료 내 Li+ 이동 통로를 제공하며, 더 많은 리튬 삽입 지점을 제공합니다.
③ 유기 고분자로부터 하드카본 제조
바이오매스에 비해 유기 고분자의 분자 구조는 비교적 간단하고 제어가 용이합니다. 필요에 따라 관련 분자 구조를 설계할 수 있어 경질 탄소 제조를 위한 뛰어난 전구체로 활용됩니다. 일부 연구자들은 페놀 수지를 탄소 전구체로 사용하여 열분해 및 탄화를 통해 수지 기반 경질 탄소 재료를 얻고, 이를 리튬 이온 배터리의 음극 소재 및 슈퍼커패시터의 전극 소재로 활용했습니다. 리튬 이온 배터리의 용량은 526 mAh·g⁻¹에 달할 수 있으며, 초기 쿨롱 효율은 최대 80%에 달할 수 있습니다.
위는 하드 카본의 특성과 제조 방법을 소개합니다. 하드 카본은 흑연보다 층간 간격이 넓은 풍부한 미세기공 구조와 층상 구조를 가지고 있습니다. 이는 리튬 이온의 빠른 탈리를 가능하게 하며 우수한 속도 특성을 나타냅니다. 일부 하드 카본 소재는 기존 흑연 음극 소재보다 리튬 저장 성능이 더 우수합니다. 따라서 하드 카본은 유망한 음극 소재로 여겨집니다. 기술 발전과 심층적인 연구를 통해 리튬 배터리 음극 소재에 하드 카본 소재를 적용하는 것이 더욱 독보적인 위치를 차지할 것으로 예상됩니다.
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양극재 수요 증가에 따라 하드카본 생산량과 품질 또한 크게 향상되었습니다. 제트 밀링은 에픽 파우더 머시너리 귀사의 생산 요구에 맞춰 고순도 초미립 경질 탄소를 생산할 수 있습니다. 맞춤형 솔루션이 필요하시면 언제든지 문의해 주세요.
