리튬이온 전지 전극의 변형과 응력발생

전문가 제언

○ 리튬 이온전지는 기존의 전지보다 질량당 3에서 4배 정도 더 많은 에너지를 저장할 수 있어서 컴퓨터, 휴대폰, MP3 플레이어 등 많은 휴대용 전자장치에 폭넓게 사용되고 있다. 하지만 리튬이온 전지의 변형이나 신뢰성에 관한 연구는 아직도 부족한 실정이다. 최근 리튬 배터리의 성능을 저하하는 가장 큰 원인은 전극에서의 변형과 응력의 발생 때문인 것으로 알려지고 있다.

 

○ 2013년 영국의 William Chue 등은 LiFePO4 나노 입자 전극의 변형과 응력 발생에 관련한 충전 거동결과를 Nano Letter 학회지에 등재하였다. 2014년 Junjie Niu 등은 메탄 활용에 필요한 Ni-YSZ 고체 연료전지에 있어서 LiFePO4 전극의 서로 다른 불규칙한 고용체 상을 관찰하였다. 전기화학적 사이클 도중의 LiFePO4 전극 내부에 전위 활성, 격자 변형, 국부적 파괴 현상은 투과전자현미경을 사용하여 확인할 수 있었다. 표면의 고온상에서 내부의 저온상으로 2상의 단계적인 전이를 보였으며, 이 저온상은 전극 재료로 부적합한 것으로 알려졌다.

 

○ 리튬이온 전지의 전해액으로는 충전지처럼 물을 사용할 수 없기 때문에 유기용제를 사용한다. 이런 유기용제는 에틸렌카보네이트, 디에틸렌 카보네이트, 메틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 계열의 화학물질을 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용한다. 제조 공정상에서 최초로 만들어진 리튬이온 전지가 제조되어 수요자에게 공급된 다음 사용 중에 발생되는 가스는 유기전해질 용매의 기화상태 가스이다.

 

○ 국내에서는 2000년에 D사의 휴대폰용 리튬이온 전지가 팽창하여 조립불량이 종종 발생하곤 했다. 조립불량이나 전해액 누출의 신뢰성 저하를 초래하였다. 그래서 휴대폰 구입당시 전지수리를 위한 A/S센터가 지역마다 설립되었다. 최근 전지 응력이나 변형을 최소화하기 위한 폴리카보네이트나 폴리이미드, 엔지니어링 플라스틱 등의 복합소재의 신소재가 날로 새로이 개발되고 있다. 향후 전지개발 제조 현장에는 주사 X-ray 회절 현미경이나 고온 주사전자 현미경의 지원이 필요하다. 이에 분석 장비의 취급을 위한 정보나 기술지원이 요구되고 있다.

저자

Amartya Mukhopadhyay, et al,

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2014

권(호)

63()

잡지명

Progress in Materials Science

과학기술
표준분류

재료

페이지

58~116

분석자

김*상

분석물

• 리튬이온 전지 전극의 변형과 응력발생.pdf [393,457 byte]

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