[재료공학] 리튬이온2차전지 총론

소개글

리튬이온2차전지에 관한 내용을 가능하면 모두 적어보려고 노력했습니다. 최적화에 대한 접근이나 2차전지가 앞으로 나아가아야 할 방향,현 연구 상황, 3세대 전지로 나아가기위해 해결해야할 문제점들, 정극,부극,전해질 등에 대한 내용을 모두 적었습니다. 2차 전지를 연구하시는 분들에게 많은 도움이 될거라 생각합니다.

목차

1. 서론
2. 열역학으로 본 전지
3. Nernst 식으로 본 전지
4. 리튬이온전지의 열역학
5. 2차 전지의 종류
6. 반응의 메커니즘과 리튬이온 정극의 개발
7. 탄소 부극의 개발
8. 리튬이온전지용 전해액
9. 리튬이온 2차전지의 실용화를 위한 개발
10. 후기

본문내용

1980년대 후반에 들어서 리튬이온2차전지의 원리는 일단 확립되고, proto-type 전지라고 불리울 만한 전지가 제작되었다. 개발된 주요 재료들을 조합하여, 휴대용 전원시스템으로 사용할 리튬이온2차전지를 실용화하기 위한 개발이 시작되었다. 아래에서는 리튬이온2차전지의 구성 및 특징에서 몇가지 과제와 이에 대한 해결책을 적어보았다.
(1) 리튬이온2차전지에 사용하는 비수계 전해액의 이온전도도는 수용액계 전해액에 비하여 작다. 따라서 Ni/Cd전지에서와 같이 전극을 설계하고, 같은 전류밀도로 방전하면 전지의 내부저항이 크기 때문에 충분한 전류 및 전력용량이 얻어지지 않는다. 이 문제를 해결하기 위해 얇은 시트상 전극과 얇고 면적이 큰 분리막이 개발되었다.
(2) 유기용매 중에서 리튬 전극전위에 대하여 4V이상의 강한 산화환경에 견디는 정극 집전체로는 종래의 범용 전지에 사용되고 있던 스텐레스강을 사용하는 것이 불가능하였다. 이와 같은 산화환경에 견디고, 도전성이 우수하며, 박막형태로 가공하기 쉬운 집전체로써 Al과 같은 valve금속을 사용하는 것이 일반적이다.
(3) 리튬이온2차전지의 에너지밀도가 높아서 동일 체적으로 비교하면 NiCd전지보다 1.5~2배의 에너지가 들어있다. 따라서, 어떠한 이유로 내부단락 등이 발생하면 그 에너지가 일시에 방출되어 위험한 상태가 된다. 또한, 리튬이온2차전지에서 특히 주의해야 할 것은 만충전 상태에서 충전을 계속할 경우(과충전 상태), 부극에서 리튬이 석출할 가능성이 있다는 것이다.
위의 문제점에 대한 안전대책
(i) 고온이 되면 용융하여 전류를 차단하는 분리막의 채용(shut down 기능)
(ii) 고온에서 전류를 차단하는 PTC(positive temperature coefficient) 소자의 채용
(iii) 전지 내부의 압력이 상승할 때, 압력을 개방하는 안전변과 전류차단 기구
(iv) 충전시에 전압이 과도하게 올라갈 때, 전류를 차단하는 보호회로
이와 같이 상품으로써 리튬이온2차전지를 개발하는데 있어서는 전지의 안정성을 높여 사용이 편리하도록 하기 위하여 보호회로용 IC나 안전화 소자등의 주변 기술을 개발하는 것도 중요하다.

참고 자료

없음