리튬이온 2차전지용 Fe계 전극재료

전문가 제언

○ 양극, 전해질, 음극, 분리막으로 구성되는 리튬이온 2차전지(LIB)는 연축전지나 니켈수소전지에 비하여 중량 및 체적에너지밀도가 큰 것이 특징이다. 전해질을 매개로 하여 Li이온의 음극흡장으로 충전되고 음극에서 방출된 Li이온의 양극흡장으로 방전되는 LIB의 원리는 1970년대 후반에 제안되었고, 1990년대 초에 SONY사에서 상용LIB의 개발에 성공하여 주로 모바일 기기와 전동자동차의 전원으로 이용되고 있다.

 

○ 모바일기기 등에 이용되는 전형적인 LIB의 양극에는 LiCoO2가, 음극에는 흑연이, 전해질에는 EC(Ethylene Carbonate)가 적용되고 있다. LIB의 성능지표가 되는 에너지밀도, 입출력밀도, 사이클수명 등은 전극재료에 크게 의존한다. LIB의 전위는 양극과 음극의 구성으로 결정되지만 에너지밀도와 같은 전지특성은 주로 양극재료에 의해 결정되므로 Co, Mn, Ni, Fe 등을 함유하는 층상암염형, 스피넬형, 올리빈형 등의 산화물이 양극재료로 개발되어 왔다. 음극재료에는 비정질탄소가 이용되어 실효용량이 이론치(C6Li : 340 mAh/g)에 접근하고 있다.

 

○ 현재 실용되고 있는 양극재료에는 LiCoO2 외에 고가의 Co를 대체한 LiMn2O4, Mn-Ni-Co계와 열적 안정성이 우수한 LiFePO4가 있으며, 개발 중인 것으로는 Fe를 함유한 규산염계와 붕산염계, 층상산화물계, 고용체계 재료가 있다. NEDO의 2차전지기술 개발로드맵에서는 자동차용 LIB를 2030년경까지 에너지밀도 500Wh/kg, 주행거리 500km 달성을 목표로 하고 있다. 이를 가능케 하는 혁신형 전지로서 금속-공기전지, 리튬유황전지, 나트륨이온전지, 금속음극전지 등이 연구되고 있다.

 

○ 국내에서는 삼성SDI와 LG화학이 LIB를 생산하고 있으며 기술은 세계 최고수준이다. 삼성SDI는 2000년에 LIB사업에 착수하여 2010년부터 세계시장 점유율 1위를 확보하고 있다. LG화학은 1999년에 국내 최초로 LIB양산을 개시하여 현재 원형과 각형의 모바일용 LIB와 자동차용 LI폴리머전지를 생산하고 있다. LIB는 모바일용과 자동차용의 수요확대에 따라 기술경쟁이 더욱 심화될 것이므로 전지의 고용량화와 저가격화에 기여하는 새로운 전극재료의 연구개발이 필요하다.

저자

Hironori Kobayashi

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

20(4)

잡지명

ふえらむ

과학기술
표준분류

재료

페이지

134~138

분석자

심*동

분석물

• 리튬이온 2차전지용 Fe계 전극재료.pdf [500,538 byte]

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