리튬 배터리의 부동태(Passivation)이란?

셀의 패시베이션은 많은 배터리 사용자들이 이해하기 매우 어려울 수 있는 리튬 배터리의 중요한 특성이다. 이러한 현상에 대해 논의하고, 리튬 전지를 사용할 때 패시베이션의 영향에 대응하는 방법에 대해 제안한다.

부동태(passivation)는 리튬 음극 표면에 형성된 매우 얇고, 고저항이며, 자가조립된 층이다. 전지 전해액과 리튬 음극의 화학 반응에 의해 형성된다. 패시베이션 층이 없으면 리튬이 상당히 빠르게 방전되고 열화되기 때문에 이러한 형태의 리튬 전지는 존재하지 않을 것이다. 패시베이션 층의 장점은 배터리가 매우 낮은 자가 방전율과 매우 긴 저장 수명을 가질 수 있다는 것이다.

패시베이션 층의 가장 명백한 영향은 전압 지연이다. 다음 도면에 표시된 것처럼 셀에 부하가 걸리면 전압 지연이 발생한다.

셀에 부하가 걸린 후 패시베이션층의 높은 저항으로 인해 셀의 전압이 급격히 떨어지게 된다. 방전 반응은 패시베이션 층을 서서히 제거하여 셀의 내부 저항을 감소시킨다. 이로 인해 셀의 전압이 다른 방전 조건이 변하지 않을 경우 안정적으로 유지되어야 하는 피크 값에 도달하게 된다. 셀 전압이 안정화된 후 부하가 증가하면 패시베이션 층이 완전히 제거될 때까지 다시 감소할 수 있다.

부하가 제거되거나 낮아지면 패시베이션 층이 개질되며, 이후 부하가 인가될 때 전압 지연이 요인이 될 수 있다.

[출처]

-MINAMOTO, '9. What is Passivation of Lithium Battery?'

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