리튬이온 배터리란 무엇인가요?
1. 개발 및 분류
'리튬전지'는 리튬금속 또는 리튬합금을 양극·음극 소재로 사용하고, 비수 전해액을 사용하는 배터리의 일종이다.
리튬 배터리는 심장 박동기에 처음 사용되었습니다. 리튬 배터리는 자가 방전율이 매우 낮고 방전 전압이 완만하여 인체에 이식된 심박 조율기를 재충전하지 않고도 오랫동안 작동할 수 있다는 장점이 있습니다. 리튬 배터리는 일반적으로 공칭 전압이 3.0V보다 높으며 집적 회로 전원 공급 장치로 사용하기에 더 적합합니다. 이산화망간 배터리는 계산기, 디지털 카메라, 시계에 널리 사용됩니다.
더 좋은 성능을 지닌 품종을 개발하기 위해 다양한 소재를 연구해 지금까지 없던 제품을 탄생시켰다.
리튬 금속 배터리는 1912년 길버트 N. 루이스(Gilbert N. Lewis)에 의해 처음 제안되고 연구되었습니다.
1970년대 M. S. Whittingham은 리튬이온 배터리를 제안하고 연구하기 시작했습니다.
소니는 1992년 리튬이온 배터리 개발에 성공했다. 그 실용성 덕분에 휴대폰, 노트북, 계산기 등 사람들의 휴대용 전자기기의 무게와 부피가 크게 줄어들었습니다.
리튬 금속의 화학적 특성은 매우 활성적이기 때문에 리튬 금속의 가공, 저장 및 사용에 대한 환경 요구 사항은 매우 높습니다. 과학기술의 발달로 리튬전지가 주류로 자리 잡았다.
리튬 배터리는 크게 리튬 메탈 배터리와 리튬 이온 배터리 두 가지로 나눌 수 있습니다.
리튬 이온 배터리에는 금속 리튬이 포함되어 있지 않으며 충전이 가능합니다. 5세대 2차 전지인 리튬 금속 전지는 1996년에 탄생했습니다. 안전성, 비용량, 자가 방전율, 가격 대비 성능비가 리튬 이온 전지보다 우수합니다. 자체적인 높은 기술 요구 사항으로 인해 소수의 국가에서만 이 리튬 금속 배터리를 생산하고 있습니다.
2. 작동 원리
1. 리튬 금속 배터리
일반적으로 양극 재료로는 이산화망간이 사용되며, 금속 리튬 또는 그 합금 금속은 비수성 전해질 용액을 사용하는 배터리의 음극 재료로 사용됩니다.
방전 반응: Li+MnO2=LiMnO2
2. 리튬 이온 배터리:
리튬 이온 배터리는 일반적으로 리튬 합금 금속 산화물을 양극으로 사용합니다. 흑연을 음극재로 사용하고 비수전해질을 사용하는 전지.
충전 양극에서 일어나는 반응은
LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(electron)
충전 음극에서 일어나는 반응 반응은
6C+xLi++xe- = LixC6
2차 전지의 전체 반응: LiCoO2+6C = Li( 1-x)CoO2+LixC6
3. 특성
고에너지 밀도 리튬 이온 배터리의 무게는 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 배터리의 절반입니다. 동일한 용량이며 부피는 니켈-카드뮴 20-30%, 니켈-수소 35-50%입니다.
고전압 리튬 이온 배터리 셀의 작동 전압은 3.7V(평균)로, 이는 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 배터리 3개를 직렬로 연결한 것과 같습니다.
무공해 리튬이온 배터리에는 카드뮴, 납, 수은 등 유해한 금속 물질이 포함되어 있지 않습니다.
금속 리튬이 포함되지 않은 리튬이온 배터리는 금속 리튬이 포함되어 있지 않아 여객기 기내 반입 금지 등 항공기 운송 규정의 제한을 받지 않습니다.
높은 사이클 수명. 정상적인 조건에서 리튬 이온 배터리의 충전 및 방전 사이클은 500회를 초과할 수 있고, 리튬인산철 배터리의 충전 및 방전 사이클은 2,000회에 달할 수 있습니다.
메모리 효과 없음 메모리 효과란 니켈-카드뮴 배터리의 충방전 주기 동안 배터리 용량이 감소하는 현상을 말한다. 리튬 이온 배터리에는 이러한 효과가 없습니다.
빠른 충전은 정격 전압 4.2V의 정전류 및 정전압 충전기를 사용하여 1.5~2.5시간 내에 리튬 이온 배터리를 완전히 충전할 수 있으며 새로 개발된 인산철리튬 배터리는 이미 가능합니다. 35분 안에 완전히 충전됩니다.
3. 장점과 단점 분석
1. 장점
(1) 에너지가 상대적으로 높다. 납축 배터리의 약 6-7배인 460-600Wh/kg에 달하는 높은 저장 에너지 밀도를 가지고 있습니다.
(2) 긴 서비스 수명, 서비스 수명은 6 이상에 도달할 수 있습니다. 인산철 리튬을 양극으로 사용하는 배터리는 1C(100% DOD)에서 충방전이 가능하며 10,000회 사용 기록이 있습니다.
(3) 정격 전압이 높습니다( 단일 셀의 작동 전압은 3.7V 또는 3.2V입니다. 이는 대략 3개의 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 충전 배터리의 직렬 전압을 통해 배터리 전원 팩을 쉽게 형성할 수 있으며, 리튬 배터리는 새로운 리튬을 사용할 수 있습니다. 배터리 전압 조정기 기술은 전압을 3.0V로 조정하여 소형 가전 제품에 사용하기에 적합합니다.
(4) 전력 내구성이 높으며, 그 중 전기 자동차에 사용되는 인산철리튬 리튬 이온 배터리는 15~30C의 충방전 용량에 도달할 수 있어 고강도 시동 및 가속이 용이합니다. ;
(5) 자체 방전율은 매우 낮으며 이는 이 배터리의 가장 두드러진 장점 중 하나입니다. 일반적으로 1%/월 미만, 즉 1/20 미만입니다. 니켈수소 배터리에 비해
(6) 무게는 같은 부피의 납산 제품의 약 1/6~1/5입니다.
(7) 고온 및 저온 적응성, -20℃~-60℃에서 사용할 수 있습니다. 환경에서 사용할 수 있으며 기술 처리 후 -45℃ 환경에서도 사용할 수 있습니다.
(8) 환경친화적이며 생산, 사용, 폐기에 관계없이 납이나 수은, 카드뮴 및 기타 독성 및 유해 중금속 원소와 물질을 포함하거나 생성하지 않습니다.
(9) 생산은 기본적으로 물을 소비하지 않으므로 물이 부족한 우리나라에 매우 유익합니다.
비에너지는 단위중량이나 단위체적당 에너지를 말한다. 비에너지는 Wh/kg 또는 Wh/L로 표시됩니다. Wh는 에너지 단위, W는 와트, h는 시간, kg은 킬로그램(무게 단위), L은 리터(부피 단위)입니다.
2.단점
1. 리튬 1차전지는 안전성이 낮고 폭발 위험도 있다.
2． 리튬코발트산화물을 기반으로 한 리튬이온 배터리는 고전류에서 방전이 불가능하고 가격이 비싸며 안전성이 떨어진다.
3. 리튬 이온 배터리에는 모두 배터리가 과충전되거나 방전되는 것을 방지하기 위한 보호 회로가 필요합니다.
4． 생산 요구 사항이 높고 비용도 높습니다.
5． 사용 조건이 제한되어 있으며 고온 및 저온에서의 사용은 위험합니다.