리튬이온전지 전해액 [수정완료] : REOB (리오브)

리튬이온전지 전해액 및 구성

리튬이온전지 전해질(Electrolyte)는 리튬이온을 전달하는 매개체로 구성에 따라, 액체전해질, 고분자젤 전해질, 이온성 액체 전해질, 고체고분자 전해질 등 다양하다. 현재 액체전해질은 사실상 현재 리튬이온전지의 대표적인 전해질이며, 용매가 액체이기에 ‘전해액’으로도 통용된다. 액체전해질(전해액)은 전해질 염 + 유기용매 + 첨가제로 구성되며, 기술적 요구특성은 이온전도도, 전극에 대한 안정성, 가용온도범위, 안전성 등 다양하다.

전해질염(40%), 첨가제(30%), 유기용매(30%)로 구성되는 액체전해질은 전해질염(리튬염, Lithium salt)의 경우 높은 이온전도도와 화학적 안정성이 중요하며 소형IT용으로 LiPF6가 대표적이며, 전기차용에는 다양한 전해질이 추가 혼합된다. 유기용매는 리튬염을 용해시키는 이온전도성, 점도, 비수소이온성(aprotic), 극성 등의 특성치 충족이 필요하다.

유기용매 및 첨가제

유기용매는 유전율 상수(dielectric constant)가 20 이상인 고유전율이면서 점도는 1cP 이하, 낮은 융점 등이 필요하나 유전율이 높으면 극성이 높아져 점도 증가로 이어시는 상충(trade-off) 효과로 고유전 특성의 cyclic carbonates(EC, PC 등)와 linear carbonate(DMC, EMC, DEC 등)를 혼합해서 사용한다. 첨가제(Additives) 또한 전해액 조성에 포함되나, 용어 그대로 다양한 구성으로 소량 첨가되는 화학물질로, 양극용과 음극용으로 구분된다. 종류로는 VC(Vinylene Carbonate), FEC(Fluoroethylene Carbonate) 등이 있으며, 음극에서 최초 충전 시 전해액보다 먼저 반응하여 SEI(Solid Electrolyte Interphase)를 형성하여 전지의 수명을 향상시킨다. 또한 전지의 에너지밀도, 수명, 안정성 등을 높이는 역할을 하며, 과충전 방지용 첨가제의 경우 과충전 발생시 용매보다 먼저 분해 되어 리튬 이동 차단, 저항 증가 역할을 수행한다.

구분	LiPF6	LiBF4	LiCF3SO3	Li(CF3SO2)2N	LiClO4
용해도	◎	ㅇ	ㅇ	◎	◎
이온전도도	◎	ㅇ	△	◎	◎
저온 특성	ㅇ	△	△	ㅇ	ㅇ
고온 안정성	X	ㅇ	ㅇ	ㅇ	X
재료적합성: Al	ㅇ	ㅇ	X	X	ㅇ
재료적합성: Cu	ㅇ	ㅇ	ㅇ	ㅇ	ㅇ