본문 바로가기
칼럼 [에너지 칼럼] 리튬(Li)계열 배터리의 종류 및 특징Ⅰ
산업일보|kidd@kidd.co.kr
페이스북 트위터 카카오스토리 네이버블로그 프린트 PDF 다운로드

칼럼 [에너지 칼럼] 리튬(Li)계열 배터리의 종류 및 특징Ⅰ

기사입력 2016-07-20 06:00:00
페이스북 트위터 카카오스토리 네이버블로그 프린트 PDF 다운로드
[에너지 칼럼] 리튬(Li)계열 배터리의 종류 및 특징Ⅰ
[산업일보]
리튬(Li)계열 배터리는 리튬이온(Li+)이 양극(cathode)과 음극(anode) 사이를 빈번하게 이동하고, 이를 통해 전류를 발생시켜 충전과 방전을 수행한다. 방전(discharging)의 경우, 음극으로부터 리튬이온이 전해질(electrolyte)과 분리막(separator)을 가로질러 양극으로 이동 및 전자와 결합을 수행한다.

리튬이온과 전자의 방향은 전류의 방향과 반대다. 방전과 달리, 충전(charging)은 리튬이온이 양극에서 음극으로 이동해 반대의 동작 메커니즘을 가진다. 리튬계열 배터리의 기본적인 동작 원리는 같지만, 두 전극의 활물질(material), 전해질 및 분리막에 따라 상이한 전기화학적 특성을 나타낸다. 이번 칼럼에서는 활물질, 전해질과 분리막이 동일하다는 전제하에 외형에 따른 분류를 소개하고자 한다.

원통형(cylindrical) 배터리는 일반적으로 전동공구, 노트북, e-bike 등 소용량 애플리케이션에 널리 사용되고 있다. 대표적인 원통형 배터리는 18650으로서 18은 원통의 반경[mm], 65는 원통의 길이[mm], 0은 원통을 의미하는 숫자다. 동일한 원통형 구조라 할지라도 내부에 들어가는 구성물질에 따라 상이한 동작 특성을 나타내며, 내부소재의 개발로 인해 이전보다 전기자동차(EV) 및 에너지저장장치(ESS)의 고용량 애플리케이션에 많이 사용되고 있다.

다양한 목적에 맞는 원통형 배터리를 연구 및 개발하고 있는 대표적인 업체로서 국내의 삼성SDI와 LG화학, 일본의 Panasonic을 대표적인 원통형 배터리 제조업체로 꼽는다. 참고로, 내부소재의 개발에 한계가 있을 경우를 대비해 26650(반경 26mm, 길이 65mm, 원통 0)과 21700(반경 21mm, 길이 70mm, 원통 0)을 다음 원통형 배터리의 타입으로 선정하고 이를 개발하고 있다.

원통형 배터리의 구조상 단점은, 단위 셀의 직렬 및 병렬조합으로 배터리팩을 제조할 때, 원통형에 따른 내부의 불필요한 공간이 많이 생긴다는 점이다. 이로 인해, 충방전시 배터리팩 내부의 온도 및 공기분포해석의 어려움이 늘 존재한다.

각형(prismatic) 배터리는 각형 케이스에 납작하게 만든 셀을 넣은 것으로 일반적으로 원통형 배터리보다 고용량을 가지며, 원통형 배터리와 달리 내부의 불필요한 공간을 많이 최소화해 에너지 밀도를 높일 수 있다. 고용량의 특성을 가지지만, 단위셀의 표준전압 및 전압의 동작범위는 대체로 원통형 배터리와 유사하다. 대표적인 각형 배터리 제조업체는 삼성SDI로서 전기자동차와 에너지저장장치에 이를 적용하고 있다.

파우치형(pouch) 배터리는 각형에 비해 두께가 얇고 금속케이스가 아닌 알루미늄 파우치로 포장했으므로 무게와 부피면에서 큰 장점을 가진다. 각형 배터리와 마찬가지로 고용량이며, 표준전압 및 전압 동작 범위는 원통형, 각형 배터리와 유사하다(인산철[LiFePO4] 배터리 제외). 대표적인 파우치형 배터리 제조업체는 LG화학으로서 전기자동차와 에너지저장장치에 이를 적용하고 있다.

[에너지 칼럼] 리튬(Li)계열 배터리의 종류 및 특징Ⅰ
(왼쪽부터) Cylindrical 배터리(Panasonic), Prismatic 배터리(삼성SDI), Pouch 배터리(LG화학)


다음 칼럼에서는, 배터리의 양극활 물질에 의한 상이한 전기화학적 특성 및 이를 적용한 배터리를 소개하겠다.



0 / 1000
주제와 무관한 악의적인 댓글은 삭제될 수 있습니다.
0 / 1000




추천제품