리튬이온배터리 원리 종류 장단점

리튬이온배터리 원리 종류 장단점에 대해 알아봅니다.

 

최근 2차 전지, 배터리에 대한 기사들이 매일 쏟아져 나옵니다. 그중 가장 많이 나오는 소재인 리튬이온배터리이지만 그럼에도 여전히 어렵습니다. 그래서 오늘은 리튬이온배터리에서 리튬이 어떤 광물인지, 리튬이온배터리 종류에는 어떤 것들이 있는지 알아보도록 하겠습니다.

리튬이온배터리 원리 종류 장단점

 

🔎목차

1. 리튬이온배터리
1.1 리튬이란?
1.2 리튬이온배터리 장점
1.3. 리튬이온배터리 단점
2. 리튬이온배터리 원리
3. 리튬의 종류 (2차 전지 제조용)
3.1. 탄산리튬
3.1. 수산화리튬
4. 리튬이온배터리 종류
4.1. 원통형 배터리
4.2. 파우치형 배터리
4.3. 각형 배터리

1. 리튬이온배터리

1.1 리튬이란?

- 2차전지인 리튬이온배터리의 핵심 소재
- 질량과 부피 대비 에너지 밀도가 매우 높음
- 고속충전에 유리한 장점 보유
- 원자번호 3번의 원소로 기호는 'Li'
- 은백색으로 금속 중에서 가장 가볍고 사람이 칼로 자를 수 있을 정도로 무른 금속
- 물과 접촉 시 격렬한 화학반응으로 일반적으로 파라핀과 같은 기름 속에 보관

1.2 리튬이온배터리 장점

- 고전압, 고밀도 에너지

1.3 리튬이온배터리 단점

- 과방전 시 용량 감소 매우 크며 불안정성
- 과충전 시 내부 전극에서 쇼트 발생 또는 축전지 충격 시 폭발 가능성

2. 리튬이온배터리 원리

- 충전 시에는 양극(+)에 있던 리튬이온(Li+) 음극(-)으로 이동
- 방전 시에는 음극(-)에 있던 리튬이온(Li+) 양극(+)으로 이동

리튬이온배터리 원리

3. 리튬의 종류(2차 전지 제조용)

3.1. 탄산리튬

- 노트북, IT제품 등 소형 전자기기 배터리에 주로 사용

3.2. 수산화리튬

- 전기차와 같은 고밀도·고용량 배터리에 주로 사용
- 배터리 양극재 핵심 소재인 니켈과 합성 용이

4. 리튬이온배터리 종류

4.1. 원통형 배터리

- 작은 크기이지만 고용량, 고에너지로 배터리 출력을 크게 높일 수 있어 그만큼 많은 전력을 요구하는 제품에 사용
- 청소기, 보조배터리, 전기자동차, 전기자전거 등
- 규격화된 사이즈로 상대적으로 저렴
- 배터리 제조사: 삼성SDI, 파나소닉, LG에너지솔루션
- 완성차 사용회사: 테슬라

4.2. 파우치형 배터리

- 연성이 있는 파우치로 제작되는 만큼 배터리를 둘러싼 외관이 비교적 얇음
- 면적이 넓은 배터리 제조 가능
- 가공이 쉬운 장점으로 다양한 형태로 제작이 가능하며 사이즈와 용량도 쉽게 변경 가능
- 최근 얇고 가벼운 IT 제품을 원하는 고객들의 수요에 적합
- 휴대폰, 태블릿PC, 웨어러블 기기등 다양한 제품에 사용
- 배터리 제조사: LG에너지솔루션, SK온

파우치형 배터리 (사진:삼성SDI)

- 완성차 사용회사: 현대기아차, 포드, 닛산, 폭스바겐, 볼보, GM, 포드

4.3. 각형 배터리

- 과거 탈착식 휴대폰 배터리에 주로 사용
- 최근에는 전기차, 노트북, 카메라 등에 주로 사용
- 원통형 배터리보다 슬림하고 파우치형 배터리에 비해 외부 충격에 강한 장점 보유
- 배터리 제조사: 삼성SDI, BYD, CATL, SK온(예정)
- 완성차 사용회사: BMW, 벤츠, 폭스바겐, 아우디, 포르쉐

각형 배터리 ( 사진: SK이노베이션)

※ 배터리의 용량 단위
1) mAh
- 배터리 전류 용량으로 밀라암페어아워 또는 밀리암페어시로 읽음
- 1mAh는 1mA의 전류가 1시간 동안 흘렀을 때의 양
- 리튬을 사용하는 배터리의 전압인 3.65~3.7V을 곱하면 Wh 또는 kWh
2) kWh
- 전기차 용량 표기시 사용하며 킬로아트아워 또는 킬로와트시로 읽음
- 전력량의 단위로 1시간 동안 하는 일의 양
- 대략 전기차에서 스팩이 60 kWh로 표시된 경우 400km 주행 가능(차량, 무게, 운전방식등의 변수 제외)
- 전기차에서 kW로만 표기하는 경우 kW는 출력을 나타내는 단위로 1초 동안 발휘하는 힘

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현재 리튬의 가치가 점점 높아지고 있습니다. 특히 전기차 시대가 되면서 귀한 대접을 받고 있고 동시에 전 세계적으로 리튬을 구하기 위한 노력은 높아져만 가고 있습니다. 이러한 와중에 최근 이란에서 세계 2위 규모에 해당하는 리튬 매장지를 발견했다고 하죠. 추정 매장량은 850만 톤으로 이 수치가 맞다면 볼리비아 2100만 톤, 아르헨티나 2000만 톤, 미국 1200만 톤, 칠레 1100만 톤에 이은 세계에서 다섯 번째로 큰 규모라고 합니다. 이란 입장에서는 경제에 활력이 될 수 있는 로또나 다름없겠습니다.