리튬이온 배터리 편집하기
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− | [[파일:삼성SDI의 리튬이온 배터리.png|썸네일|300픽셀|오른쪽| | + | [[파일:삼성SDI의 리튬이온 배터리.png|썸네일|300픽셀|오른쪽|설명]] |
'''리튬이온 배터리'''(Lithium-ion battery, Li-ion battery, 锂离子电池)는 '''[[2차전지]]'''의 일종으로 방전 과정에서 리튬이온이 음극에서 양극으로 이동하는 전지이다. 충전시에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 된다. 리튬이온 배터리는 충전 및 재사용이 불가능한 [[1차전지]]인 리튬 전지와는 다르며, 전해질로서 고체 폴리머를 이용하는 리튬 이온 폴리머 전지와도 다르다. | '''리튬이온 배터리'''(Lithium-ion battery, Li-ion battery, 锂离子电池)는 '''[[2차전지]]'''의 일종으로 방전 과정에서 리튬이온이 음극에서 양극으로 이동하는 전지이다. 충전시에는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 된다. 리튬이온 배터리는 충전 및 재사용이 불가능한 [[1차전지]]인 리튬 전지와는 다르며, 전해질로서 고체 폴리머를 이용하는 리튬 이온 폴리머 전지와도 다르다. | ||
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== 역사 == | == 역사 == | ||
− | [[파일:좌부터 존 구디너프, 스탠리 휘팅엄, 요시노 아키라.png|썸네일|1000픽셀| | + | [[파일:좌부터 존 구디너프, 스탠리 휘팅엄, 요시노 아키라.png|썸네일|1000픽셀|오른쪽|노벨 화학상, 리튬이온 개발 기여한 美·英·日 과학자 3명 선정. 좌부터 존 구디너프, 스탠리 휘팅엄, 요시노 아키라]] |
리튬이온 배터리는 미국 뉴욕 빙엄턴 대학교의 [[스탠리 휘팅엄]](Stanley Whittingham) 교수와 [[엑슨]]에 의해 1970년대에 처음 제안되었다. 휘팅엄 교수는 이황화티탄을 양극으로, 금속 리튬을 음극으로 사용하였다. 이후 1980년에 라시드 야자미를 필두로 하는 그르노블 공과대학(INPG)과 프랑스 국립 과학 연구센터의 연구진에 의해 흑연 내에 삽입된 리튬 원소의 전기화학적 성질이 밝혀졌다. 그들은 리튬과 폴리머 전해질, 흑연으로 이루어진 반쪽 전지 구조에 대한 실험을 통하여 흑연에 리튬 원소가 가역적으로 삽입됨을 밝혀냈고, 1982년과 1983년에 해당 연구 내용이 출판되었다. 이 연구는 리튬의 흑연 내 가역적 삽입에 관해 열역학적인 내용과 이온 확산에 관련된 동역학적인 내용을 모두 포함하고 있다. | 리튬이온 배터리는 미국 뉴욕 빙엄턴 대학교의 [[스탠리 휘팅엄]](Stanley Whittingham) 교수와 [[엑슨]]에 의해 1970년대에 처음 제안되었다. 휘팅엄 교수는 이황화티탄을 양극으로, 금속 리튬을 음극으로 사용하였다. 이후 1980년에 라시드 야자미를 필두로 하는 그르노블 공과대학(INPG)과 프랑스 국립 과학 연구센터의 연구진에 의해 흑연 내에 삽입된 리튬 원소의 전기화학적 성질이 밝혀졌다. 그들은 리튬과 폴리머 전해질, 흑연으로 이루어진 반쪽 전지 구조에 대한 실험을 통하여 흑연에 리튬 원소가 가역적으로 삽입됨을 밝혀냈고, 1982년과 1983년에 해당 연구 내용이 출판되었다. 이 연구는 리튬의 흑연 내 가역적 삽입에 관해 열역학적인 내용과 이온 확산에 관련된 동역학적인 내용을 모두 포함하고 있다. | ||
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== 4대 구성 요소 == | == 4대 구성 요소 == | ||
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[[파일:리튬이온 배터리의 4대구성 요소.png|썸네일|300픽셀|오른쪽|리튬이온 배터리의 4대구성 요소]] | [[파일:리튬이온 배터리의 4대구성 요소.png|썸네일|300픽셀|오른쪽|리튬이온 배터리의 4대구성 요소]] | ||
[[파일:리튬이온 배터리 구조.png|썸네일|300픽셀|오른쪽|리튬이온 배터리 구조]] | [[파일:리튬이온 배터리 구조.png|썸네일|300픽셀|오른쪽|리튬이온 배터리 구조]] | ||
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[[파일:리튬이온 배터리 충전방전 개념도.png|썸네일|300픽셀|오른쪽|리튬이온 배터리 충전방전 개념도]] | [[파일:리튬이온 배터리 충전방전 개념도.png|썸네일|300픽셀|오른쪽|리튬이온 배터리 충전방전 개념도]] | ||
리튬이온 배터리의 4대 구성요소 양극, 음극, 전해액, 분리막이다. | 리튬이온 배터리의 4대 구성요소 양극, 음극, 전해액, 분리막이다. | ||
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보통 리튬 이온 전지는 셀당 4.2 ± 0.05 V 정도의 전압으로 충전되고, 전지 수명이 중요한 군용 전지는 3.92 V를 이용한다. 전지의 보호회로는 입력 전압이 4.3V이상이면 입력을 차단한다. 배터리의 전압이 셀 당 2.5V 이하로 내려가면 보호회로가 정지되므로 일반 충전기로는 더 이상 충전을 할 수 없다. 대부분의 전지는 셀당 2.7-3V 정도에서 작동을 정지한다. | 보통 리튬 이온 전지는 셀당 4.2 ± 0.05 V 정도의 전압으로 충전되고, 전지 수명이 중요한 군용 전지는 3.92 V를 이용한다. 전지의 보호회로는 입력 전압이 4.3V이상이면 입력을 차단한다. 배터리의 전압이 셀 당 2.5V 이하로 내려가면 보호회로가 정지되므로 일반 충전기로는 더 이상 충전을 할 수 없다. 대부분의 전지는 셀당 2.7-3V 정도에서 작동을 정지한다. | ||
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리튬이온전지는 제조 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형(pouch)으로 구분할 수 있다. 오랜 개발 역사를 지닌 원통형 구조는 생산 비용이 낮지만, 에너지량이 제한적이고 잦은 충방전 시에는 전지의 성능 저하가 높은 단점이 있다. 사각형 알루미늄 캔에 전지를 담은 형태로 제작되는 각형은 뛰어난 내구성을 가진다. 그러나 알루미늄 캔 사용으로 무거우며 열방출에 어려움이 있어 냉각을 위한 비용이 높다. 비교적 최근에 개발된 파우치형은 전지 구성물을 알루미늄포일에 두른 형태로 제작된다. 파우치형은 얇은 두께로 단위부피당 효율이 높으며 다양한 형상으로 제작이 가능하다. 그러나 제작 비용이 다른 두 가지 형상에 비해 높다.<ref> KOSEN, 〈[https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchReport.do?cn=KOSEN000000000001063 리튬이온전지의 성능 및 수명 개선을 위한 열관리 기술]〉, 《한국과학기술연구원》, 2018-11-01</ref> | 리튬이온전지는 제조 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형(pouch)으로 구분할 수 있다. 오랜 개발 역사를 지닌 원통형 구조는 생산 비용이 낮지만, 에너지량이 제한적이고 잦은 충방전 시에는 전지의 성능 저하가 높은 단점이 있다. 사각형 알루미늄 캔에 전지를 담은 형태로 제작되는 각형은 뛰어난 내구성을 가진다. 그러나 알루미늄 캔 사용으로 무거우며 열방출에 어려움이 있어 냉각을 위한 비용이 높다. 비교적 최근에 개발된 파우치형은 전지 구성물을 알루미늄포일에 두른 형태로 제작된다. 파우치형은 얇은 두께로 단위부피당 효율이 높으며 다양한 형상으로 제작이 가능하다. 그러나 제작 비용이 다른 두 가지 형상에 비해 높다.<ref> KOSEN, 〈[https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchReport.do?cn=KOSEN000000000001063 리튬이온전지의 성능 및 수명 개선을 위한 열관리 기술]〉, 《한국과학기술연구원》, 2018-11-01</ref> | ||
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== 장점 및 단점 == | == 장점 및 단점 == | ||
* 장점 : 리튬이온 배터리는 크기와 두께를 작고 가늘게 만들 수 있으며, 고밀도로 에너지를 저장할 수 있고, 고전압까지 가능하다는 장점이 있다. 축전지의 최고 기술로 평가받고 있다. 사용하지 않을 때에도 자가방전이 일어나는 정도가 작기에 활용도가 높아 여러 휴대용 전자기기에 많이 사용되고 있다. 에너지의 밀도가 높아 방산업이나 자동화시스템, 항공산업 분야에서도 점점 사용 빈도가 증가하는 추세이다. | * 장점 : 리튬이온 배터리는 크기와 두께를 작고 가늘게 만들 수 있으며, 고밀도로 에너지를 저장할 수 있고, 고전압까지 가능하다는 장점이 있다. 축전지의 최고 기술로 평가받고 있다. 사용하지 않을 때에도 자가방전이 일어나는 정도가 작기에 활용도가 높아 여러 휴대용 전자기기에 많이 사용되고 있다. 에너지의 밀도가 높아 방산업이나 자동화시스템, 항공산업 분야에서도 점점 사용 빈도가 증가하는 추세이다. | ||
* 단점 : 다른 전지에 비해 안정성이 떨어지는 편이라 과방전 시 용량 감소가 매우 크고, 과충전 시에는 매우 불안정해져서 내부 전극에서 쇼트가 나거나 축전지에 충격을 주면 폭발할 수 있다. 즉, 리튬이온 배터리는 폭발 위험이라는 치명적인 단점이 있다. | * 단점 : 다른 전지에 비해 안정성이 떨어지는 편이라 과방전 시 용량 감소가 매우 크고, 과충전 시에는 매우 불안정해져서 내부 전극에서 쇼트가 나거나 축전지에 충격을 주면 폭발할 수 있다. 즉, 리튬이온 배터리는 폭발 위험이라는 치명적인 단점이 있다. | ||
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== 재개발 필요성 == | == 재개발 필요성 == | ||
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하지만 리튬이차전지 원가의 50~60% 가량은 소재가 차지하고 있는 상황에서 리튬이차전지를 생산하는 셀 제조업의 발전발전과 더불어 소재산업에도 충분한 관심과 연구가 필요하다. 소재산업에서는 무엇보다도 배터리의 원료가 되는 리튬, 니켈, 코발트 등에 대한 확보대책과 함께 소재분야에서의 획기적인 재료 개발이 필요할 때다. | 하지만 리튬이차전지 원가의 50~60% 가량은 소재가 차지하고 있는 상황에서 리튬이차전지를 생산하는 셀 제조업의 발전발전과 더불어 소재산업에도 충분한 관심과 연구가 필요하다. 소재산업에서는 무엇보다도 배터리의 원료가 되는 리튬, 니켈, 코발트 등에 대한 확보대책과 함께 소재분야에서의 획기적인 재료 개발이 필요할 때다. | ||
{{각주}} | {{각주}} | ||
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== 참고자료 == | == 참고자료 == | ||
* 〈[https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A6%AC%ED%8A%AC_%EC%9D%B4%EC%98%A8_%EC%A0%84%EC%A7%80 리튬 이온 전지]〉, 《위키백과》 | * 〈[https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A6%AC%ED%8A%AC_%EC%9D%B4%EC%98%A8_%EC%A0%84%EC%A7%80 리튬 이온 전지]〉, 《위키백과》 | ||
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* 〈[https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%94%82%E7%A6%BB%E5%AD%90%E7%94%B5%E6%B1%A0 锂离子电池]〉, 《维基百科》 | * 〈[https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%94%82%E7%A6%BB%E5%AD%90%E7%94%B5%E6%B1%A0 锂离子电池]〉, 《维基百科》 | ||
* "[https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery Lithium-ion battery]", ''Wikipedia'' | * "[https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery Lithium-ion battery]", ''Wikipedia'' | ||
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== 같이 보기 == | == 같이 보기 == | ||
− | * [[ | + | * [[2차전지]] |
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* [[리튬 인산철 배터리]] | * [[리튬 인산철 배터리]] | ||
* [[리튬 코발트 배터리]] | * [[리튬 코발트 배터리]] | ||
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