리튬 이온 이차 전지

(1) 리튬 이온 이차 전지의 원리 대해 설명하시오.

Li-ion 전지는 Ni-Cd, Ni-MH 전지와는 성격이 다르다. 일단 전압이 3.6 V로 기존 전지의 3배나 된다. 전해질로는 수용액대신에 유기 용매를 사용한다. 그 이유는 전지 내부의 전해질에서 산화 환원 반응이 일어날 때, 전해액이 수용액일 경우 1.35 V에서 분해가 일어나므로 대신에 4 V 이상의 전위차에서도 분해 없이 안정한 유기 용매를 전해질로 사용한다. Li-ion 전지는 현재 양극으로는 LiCoO2를 사용하고, 음극은 카본이나 graphite를 사용한다. 충전 시에는 LiCoO2 속에 있는 Li 이온이 빠져 나와서 음극의 결정 속으로 들어간다. 방전 시에는, 역반응이 일어난다. Graphite 격자구조 속에 있는 Li 이온이 빠져 나와 전해질 속을 이동하여 양극의 결정구조 속으로 들어간다. 즉, 충・방전시에 Li 이온이 양극과 음극 사이를 왔다 갔다 하게 된다. 이런 이유로 초기에는 Li 이온이 그네를 타는 것처럼 왔다 갔다 한다고 하여 Swing 전지 또는 흔들의자처럼 왔다 갔다 한다 하여 rocking chair concept 에 의한 전지 등으로 불렸으나, 일본에서 Li-ion 전지로 명명하였다. Li-ion 전지에는 순수한 Li 금속은 포함되어 있지 않다. Li 금속은 매우 반응성이 높은 금속이며, 물에 닿으면 폭발적인 반응을 일으켜 위험할 수 있다.

리튬이온 전지의 구조

Li-ion 전지의 장점은 용량이 커서 충전 후 오래 사용할 수 있고 다른 전지보다 가볍다는 점이다. 그러나 다른 전지보다 위험하며, 안전성 문제로 인하여 고 전류를 흘릴 수 있는 고 출력(high power) 전지를 만들기가 힘든 것이 단점이다. 이 안전성 문제를 보완하고 전지의 성능을 유지하기 위해, 여타 다른 전지에서는 사용하지 않는 보호회로를 사용하기도 한다. 고용량이 필요한 device 가 개발 될수록 수요가 늘어나는 추세이다.

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[hwp/pdf]리튬 이온 이차 전지