리튬 이온 배터리의 장단점
리튬 이온 배터리, 즉 Li-ion 배터리는 전극 간에 리튬 이온이 움직이는 2차(재충전 가능) 배터리 유형입니다. 리튬 이온은 방전 시 음극에서 전해질을 통해 양극으로 이동하며 충전할 때는 반대 방향으로 움직입니다. 양극은 리튬 화합물로 만들어지며, 음극은 주로 다공성 리튬화된 흑연으로 구성됩니다. 전해질은 액체, 고체, 폴리머 형태일 수 있으며, 분리막은 리튬 이온의 이동을 가능하게 하고 셀의 단락과 열적 폭주를 방지합니다. 리튬 이온 배터리의 화학적 성질, 성능, 비용, 안전성은 배터리 유형에 따라 다양합니다.
리튬 이온 배터리의 주요 장점
리튬 이온 배터리는 다양한 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있으며, 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.
재충전 가능: 리튬 이온 배터리는 방전 후 재충전이 가능하여 환경에 덜 해롭고 장기적으로 적은 폐기물을 생성합니다.
높은 C-레이트: 고전력 응용 분야에서 사용되는 리튬 이온 배터리는 일차 배터리보다 우수한 전력 출력 능력을 가집니다.
셀 전압: 3-5볼트의 높은 운영 전압으로, 더 낮은 전류로 동등한 전력을 운영할 수 있어 단일 충전으로 더 오래 사용할 수 있습니다.
높은 에너지 밀도: 가볍고 컴팩트한 리튬 이온 배터리는 NCA가 180~200mAh/g, LiCoO2가 148mAh/g, LiFePO4가 165mAh/g, NMC 333이 170mAh/g의 용량을 가집니다.
메모리 효과 없음: NiCd 및 오래된 NiMH 배터리와 달리, 리튬 이온 배터리는 메모리 효과가 없으며 최대 5년까지 선반 수명이 길다고 합니다.
낮은 자기 방전: 리튬 이온 충전식 배터리는 월 1.5-2%의 자기 방전률을 가지며, 오래된 충전식 배터리보다 더 천천히 방전됩니다.
부하 특성: 리튬 이온 배터리의 부하 특성은 꽤 좋으며, 마지막 충전이 소진될 때까지 안정적으로 3.6볼트를 제공합니다.
리튬 이온 배터리의 단점
리튬 이온 배터리의 주요 단점은 다음과 같습니다.
배터리 가격: 충전식 배터리는 초기 비용이 높아 구매 결정에 큰 영향을 미칩니다.
자기 방전: 낮은 방전 응용에서 서비스 수명이 중요하며, 리튬 이온 배터리의 자기 방전 특성은 주요 에너지 원으로 사용하기에 적합하지 않을 수 있습니다.
전자 배터리 관리 시스템 필요: 과충전 및 심방전 보호를 위해 모니터링 전자 장치가 필요합니다.
열 관리 시스템 필요: 충전 또는 방전 시 발생하는 열을 관리하기 위해 대형 배터리 팩에는 보통 열 관리 시스템이 장착됩니다.
노화: 리튬 이온 배터리는 노화 현상을 겪으며, 이는 시간 및 충전-방전 주기에 의존합니다.
높은 비용: 리튬 이온 배터리는 제조 비용이 NiMH 배터리보다 약 40% 더 높습니다.
결론
리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도, 재충전 가능성, 긴 수명 등 다양한 장점을 가지고 있지만, 높은 비용, 열 관리 필요성, 노화 등의 단점도 있습니다. 이러한 특성을 고려하여 사용자는 자신의 필요와 응용 분야에 맞는 배터리를 선택해야 합니다.
