리튬이온 배터리의 주요 형태와 구성요소[양극,음극,전해질,분리막]

 

 

리튬이온 배터리는 현대 전기차, 휴대용 전자기기 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 담당하고 있다. 이러한 배터리의 기본 작동 원리는 동일하지만, 형상과 구조에 따라 내부 구성 방식이 약간씩 다르게 설계된다.

1. 리튬이온 배터리의 주요 형태

리튬 이온 배터리 종류와 장단점 분석[각형 배터리, 파우치형 배터리, 캔형 장단점]

 

원통형 배터리

일반적으로 18650 또는 21700과 같은 규격이 있으며, 양극, 음극, 분리막, 전해질이 ‘젤리롤(Jelly Roll)’ 구조로 말려 있다. 이 구조는 긴 띠 모양의 양극, 음극, 그리고 그 사이에 분리막을 층층이 쌓아 감아 원통형 구조를 형성한다.

 

캔형 배터리

 

원통형과 유사하지만, 직육면체 형태의 금속 캔에 배터리 요소들이 밀봉되어 있다. 내부적으로도 젤리롤 형태로 감겨 있지만, 외부 구조가 각진 캔 형상이다.

 

파우치형 배터리

이 형태는 얇고 유연한 특성을 가지며, 파우치 모양의 외피에 여러 층의 양극, 음극, 분리막이 쌓여 구성된다. 각각의 층은 개별적인 스택 구조를 형성하여, 전체적으로는 얇은 파우치 형태로 밀봉된다.

리튬이온 배터리의 4대 구성 요소

 

양극

구성: 양극 금속 집전체(주로 알루미늄) 위에 양극재가 코팅되어 있으며, 양극재는 리튬 산화물과 같은 리튬 금속 산화물로 이루어집니다. 코팅된 양극은 전도성 물질과 바인더(결합제)로 구성됩니다.

기능: 방전 시, 양극에서는 환원 반응이 일어나며, 리튬 이온과 전자가 결합하여 에너지를 저장합니다. 충전 시에는 이 과정이 역전되어 리튬 이온이 음극으로 이동합니다.

음극

구성: 음극 금속 집전체(주로 구리) 위에 흑연 또는 LTO(리튬 타이타늄 산화물)와 같은 음극재가 코팅됩니다. 양극과 유사하게, 전도성 물질과 바인더가 포함됩니다.

기능: 방전 시, 음극에서 산화 반응이 일어나 리튬 이온이 전해질을 통해 양극으로 이동하며, 전자는 외부 회로를 통해 이동해 양극과 결합합니다. 충전 시에는 이 과정이 역전되어 리튬 이온이 다시 음극으로 이동합니다.

전해질

구성: 유기 용매(예: 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트)와 리튬염이 혼합된 전해질은 전기화학반응에서 이온을 상대 극으로 이동시키는 역할을 합니다. 전해질은 이온 전도성이 있어야 하지만, 전자에 대해서는 부도체여야 합니다.

기능: 이온의 이동을 촉진하면서도 전자의 이동을 차단하여 전지 내부에서 효율적인 에너지 전환을 가능하게 합니다.

분리막

구성: 다공성 구조를 가진 PE(폴리에틸렌) 또는 PP(폴리프로필렌) 소재로 제작되며, 이 구조는 전해질의 함침과 이온 전달에 필수적입니다.

기능: 양극과 음극이 직접 접촉하는 것을 방지해 단락(Short Circuit)을 막아 안전성을 보장하며, 이온만 통과시켜 전기화학반응이 원활히 일어나도록 돕습니다.