양극
- 리튬 전이금속 화합물
- 용량, 안전성
- LCO, NCM, NCA, LMO, LFP
- 가격이 가장 큰 비중 (재료비와 공정비가 싸져야함)
- 활물질(입자)
- 도전재(Carbon)
- 활물질, 도전재, 바인더를 잘 섞어서 (Slurry)를 집전체(호일) 위에 잘 깔고
말리면 젤리튜브가 됨 - 에너지(일을 할 수 있는 능력, capacity * voltage)을 저장해야함
- 무게당 용량도 크고 부피당 에너지가 커야함, 전압이 높아야함
- 활물질의 특징: 리튬(충전시 음극으로 이동), 메탈(충전시 음극으로 전자 제공), 음이온(전이금속 M과 결합하여 구조를 형성)
- LiCoO2 (코발트)
- LiNiO2 (니켈) 니켈이 더 안정성이 크지만, 합성이 어렵고 구조의 불안정성이 있음
- 코발트 사용량을 줄이고 니켈로 대체하면 가격절감 및 고용량화, 하지만 단독으론 힘들어서 Ni+Co+Mn or Al으로 대체, 니켈의 함량이 높아지면 수명이 저하되는 문제
- 코발트를 아예 쓰지말고 Mn, Fe(망간, 철)로 대체해보자 (중대형 중심)
- NCA: high energy density, Co -> Al로 대체
- NCM/NMC : Co -> Ni 함량을 높여서 대체
- LMO: low cost, high safety, Li, Mg, Al등을 Mn으로 치환
- LFP: high safety & low cost, 높은 안전성, 낮은 원재료비, but 전압이 낮음
음극
- 흑연(, 용량, 수명
- 반응 전압이 낮을수록 좋음
- 리튬이 들어오면 부피 변화가 크기 때문에 변화가 없는 물질이 필요
- Coulombic률이 좋아야함
- 가격이 저렴하고 친환경이 필요함
- 활물질 + 도전재 + 바인더 + 집전체
- 흑연계 (인조흑연, 천연흑연) 압도적으로 99% 많음
- 합금계(실리콘) 합금화 반응을 통하여 전하 저장(but, 수명이 적음, 현재 연구중)
- 흑연 자체가 전도성이 좋아서 도전제가 필요 없음
- 흑연(graphene): 전기 전도성 및 기계적 강도 우수, 리튬 저장 용이, 낮은 가격과 화학적 안정성
- 인조흑연: 제조 비용이 천연흑연보다 높음, 싸이클 고성능 좋고 부피 변화가 낮음,but 천연흑연은 비용이 낮고 high capacity
- SBR/CMC(부피 변화 해소) 적용으로 천연흑연이 많이 사용됨 (소형 전지)
- 탄소계: Soft carbon(코크스): 2000도 이상에서 열처리로 흑연에 가까워짐, Hard carbon: 고온의 열처리에도 흑연화가 되지 않음
- SEI: 전해액 분해를 통해 만들어진 피막으로 추가적인 전해질 분해 억제, 비가역 용량(초기에 필요함 피막을 생성하기 위해)
분리막
- 두 전극간의 전기적 단락을 방지하고 이온 전달의 통로를 제공 -> 안전성
- 폴리올레핀계
- 열정 안전성: PE, PP 같은 경우 고온에서 녹아버림 -> PET, PVDF
- 전고체 배터리를 위해 Polymer electrolytes
- 주로 사용하는 소재: Microporous separator
- 열 수축 억제, PE/PP 위에 세라믹 코팅
- SRS: 세라믹 코팅된 SRS 분리막 적용
전해액
- 유기 용매(물의 전기화학적 안정성) -> 금속 케이스
- 안전성, 신뢰성
- polymer 전해질(GPE, SPE(고체)) -> LiPB -> 파우치 사용
- 요구사항: 이온이 잘 이동할 수 있도록, 전해액이 분해되지 않도록
- 유기전해액: Salt(LiPF6-> 음극쪽 피막 형성 잘함) + Solvent(EC, PC)
- 리튬염 쓰는 이유: 양이온과 음이온의 사이즈가 커서 더 좋음, 음이온이 큰게 전도가 더 증가됨, 운반율이 더 큼
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