리튬 이온 전지
리튬 이온 전지
Libattery , Lithium Battery , lithium ion電池
[리튬 이온 전지의 기본구성도]
출처 : Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2019 : LITHIUM - ION BATTERIES
- 리튬을 주 소재로하여 만들어진 전지로, 스마트폰을 비롯한 다양한 휴대기기, 전기자동차 등에 사용되며 현재 가장 쉽게 접할 수 있는 전지이다.
- 리튬 이온전지는 충전과 방전과정에서 리튬이온이 양극에서 음극으로, 음극에서 양극으로 이동하며 전기를 생산하는 전지이다.
- 리튬 이온전지는 에너지 밀도가 전극 물질에 따라 다르지만 250 ~ 700 Wh/L로 매우 크고 이는 니켈-수소 전지 3개가 필요한 전지에 1개로 충당이 가능한 정도의 매우 큰 용량을 보여준다.
- 리튬 이온전지는 메모리 효과가 없다고 알려져 있고, 사용하지 않을 시 발생하는 자가방전 속도 또한 충전 상태에 따라 다르지만 0.35 ~ 2.5 % / 월 정도로 매우 낮은 모습을 보여준다.
- 이러한 특성 때문에 이차전지를 사용하는 대부분의 분야에서 기존 이차전지들을 대체하여 사용하고 있으며, 기존에는 사용되지 않던 분야에도 사용처를 넓혀가며 시장이 점점 더 커지고 가속화되고 있다.
- 리튬 이온전지는 크게 양극, 음극, 전해질로 구성 요소를 구분할 수 있는데, 각 구성요소는 용도와 상황에 맞춰 다양한 종류의 물질이 사용되고 있다.
- 음극의 경우 상업적으로 가장 많이 이용되는 재질은 흑연으로 탄소에 리튬이온이 들어올 경우 탄소가 LiC6 로 탄소 6개에 리튬 이온이 들어왔다 다시 나가며 충ᆞ방전이 진행된다.
- 전해질의 경우 다양한 리튬염과 전해질이 사용되고 있지만, 가장 많이 사용되는 전해질은 LiPF6 리튬염이 EC, DMC 와 같은 유기 용매에 들어가 있는 형태의 전해질이 주로 사용되고 있다.
- 양극의 경우 매우 다양한 종류의 양극이 사용되고 있는데, 그 형태에 따라 층상 구조형, 올리빈 구조형, 스피넬 구조형 물질이 상용화 된 양극의 대부분을 차지하고 있다.
- 층상 구조형 양극의 경우 가장 대표적인 양극 물질이 LiCoO2 (리튬 코발트 산화물)와 코발트의 함량을 낮추고 니켈과 망간, 혹은 알루미늄을 전이 금속으로 사용하는 NCM, NCA가 대표적인 층상구조형 물질이다.
- 올리빈 형의 경우 LiFePO4 (인산철리튬) 가 대표적인 양극 물질로 폴리 음이온 구조를 지니고 있어 안정성이 뛰어난 장점을 지니고 있다.
- 마지막으로 스피넬 구조의 경우 LiMn2O4 (리튬망간 산화물)가 대표적인 양극물질로 2차원으로 리튬이온이 삽입, 탈리되는 층상구조와 달리 3차원으로 리튬이온이 드나들어 안정적인 성능을 보여준다.
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리튬 이온 전지
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[리튬 이온 전지의 기본구성도]
출처 : Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2019 : LITHIUM - ION BATTERIES
- 리튬을 주 소재로하여 만들어진 전지로, 스마트폰을 비롯한 다양한 휴대기기, 전기자동차 등에 사용되며 현재 가장 쉽게 접할 수 있는 전지이다.
- 리튬 이온전지는 충전과 방전과정에서 리튬이온이 양극에서 음극으로, 음극에서 양극으로 이동하며 전기를 생산하는 전지이다.
- 리튬 이온전지는 에너지 밀도가 전극 물질에 따라 다르지만 250 ~ 700 Wh/L로 매우 크고 이는 니켈-수소 전지 3개가 필요한 전지에 1개로 충당이 가능한 정도의 매우 큰 용량을 보여준다.
- 리튬 이온전지는 메모리 효과가 없다고 알려져 있고, 사용하지 않을 시 발생하는 자가방전 속도 또한 충전 상태에 따라 다르지만 0.35 ~ 2.5 % / 월 정도로 매우 낮은 모습을 보여준다.
- 이러한 특성 때문에 이차전지를 사용하는 대부분의 분야에서 기존 이차전지들을 대체하여 사용하고 있으며, 기존에는 사용되지 않던 분야에도 사용처를 넓혀가며 시장이 점점 더 커지고 가속화되고 있다.
- 리튬 이온전지는 크게 양극, 음극, 전해질로 구성 요소를 구분할 수 있는데, 각 구성요소는 용도와 상황에 맞춰 다양한 종류의 물질이 사용되고 있다.
- 음극의 경우 상업적으로 가장 많이 이용되는 재질은 흑연으로 탄소에 리튬이온이 들어올 경우 탄소가 LiC6 로 탄소 6개에 리튬 이온이 들어왔다 다시 나가며 충ᆞ방전이 진행된다.
- 전해질의 경우 다양한 리튬염과 전해질이 사용되고 있지만, 가장 많이 사용되는 전해질은 LiPF6 리튬염이 EC, DMC 와 같은 유기 용매에 들어가 있는 형태의 전해질이 주로 사용되고 있다.
- 양극의 경우 매우 다양한 종류의 양극이 사용되고 있는데, 그 형태에 따라 층상 구조형, 올리빈 구조형, 스피넬 구조형 물질이 상용화 된 양극의 대부분을 차지하고 있다.
- 층상 구조형 양극의 경우 가장 대표적인 양극 물질이 LiCoO2 (리튬 코발트 산화물)와 코발트의 함량을 낮추고 니켈과 망간, 혹은 알루미늄을 전이 금속으로 사용하는 NCM, NCA가 대표적인 층상구조형 물질이다.
- 올리빈 형의 경우 LiFePO4 (인산철리튬) 가 대표적인 양극 물질로 폴리 음이온 구조를 지니고 있어 안정성이 뛰어난 장점을 지니고 있다.
- 마지막으로 스피넬 구조의 경우 LiMn2O4 (리튬망간 산화물)가 대표적인 양극물질로 2차원으로 리튬이온이 삽입, 탈리되는 층상구조와 달리 3차원으로 리튬이온이 드나들어 안정적인 성능을 보여준다.
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