리튬이온 배터리란?

리튬이온 배터리

이차전지의 일종으로서 방전과정에서 리튬이온이 음극에서 양극으로 이동하는 전지이다. 충전시에는 리튬이온이 양극에서 음극으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 된다. 리튬 이온 전지는 충전 및 재사용이 불가능한 일차 전지인 리툼전지와는 다르며 전해질로서 고체 폴리머를 이용하느 리툼이온 전지와도 다르다. 리튬이온 전지는 에너지 밀도가 높고 기억효과가 없으며 사용하지 않을때에도 자연방전이 일어나는 정도가 작기에 시중의 휴대용 전자기기들에 많이 이용되고 있다. 이 외에도 에너지 밀도가 높은 특성을 이용하여 방산업이나 자동화시스템 그리고 항공산업 분야에서도 점점 그 사용 빈도가 증가하는 추세이나 일반적인 리튬이온전지는 크게 양극 음극 전해질이 세부분으로 나눌 수 있는데 다양한 종류의 물질들이 이용될 수 있다. 상업적으로 가장 많이 이용되는 음극재질은 흑연이다. 양극에는 층상의 리튬코발트산화물과 리튬인산철, 폴리음이온, 리튬망간, 스피넬 등에 쓰이며 초기에는 이황화티탄에도 쓰였다. 음극,양극과 전해질로 어떤 물질을 사용하는냐에 따라 전지의 전압과 수명, 용량, 안정성등이 크게 바뀔 수 있다. 최근에는 나노기술을 응용한 제작으로 전지의 성능을 높이고 있다. 전지의 용량은 mAh또는 Ah로 표시한다.

충전

리튬 이온 전지의 충전 과정은 크게 두 단계로 이루어 진다.

첫번째로 등전류 과정은 충전기가 일정 전류를 유지하도록 전압을 점차적으로 올려가면서, 한계전압에 이를 때까지 전류를 공급하는 과정이다.

두번째로는 등전압 과정으로 전지가 한계전압에 이르면 일정 전압을 유지하면서 전류가 문턱값보다 낮아질 때까지 전류를 공급하는 과정이다. 보통 문턱 전류값은 초기 전류값의 약 3% 정도이다.

전지가 다중 셀로 구성되어 있는 경우, 등전류 과정과 등전압 과정 사이에 각 셀이 모두 동일한 전압값을 갖도록 조정하는 과정이 추가된다. 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.

장점
- 높은 에너지 저장 밀도 : 같은 크기에 더 큰 용량
- 높은 전압, 3.7V : Ni-Cd, Ni-MH 등에 비해 3배
- 뛰어난 온도 특성 : -55ºC~85ºC 사이에서 사용 가능
- 수은 같은 환경을 오염시키는 중금속을 사용하지 않음

단점
- 전해질이 액체로 누액 가능성과 폭발 위험이 있음