리튬금속전지의 특성 | 전압, 용량 및 자체 방전

리튬 금속 배터리의 특징

리튬 금속 배터리는 금속 리튬을 양극으로 사용하는 비충전식 배터리입니다. 이들은 리튬-금속 배터리라고도 불리며, 일차 리튬 배터리는 가장 낮은 자체 방전률을 가지고 있어 최대 10년까지 보관 기간이 가능하며, 최대 70도의 온도에서도 사용할 수 있습니다. 가장 일반적인 셀 유형은 다음과 같습니다:

리튬-망간 이산화 셀
리튬 철 이황화물 셀
리튬 티오닐 클로라이드 셀
리튬 에어 셀

일반적인 반응 (Li/MnO2 셀)

Li(s) + MnIVO2(s) ⇌ MnIIIO2(Li+) [E° = +3.19 V]

리튬 금속 배터리와 리튬-이온 배터리 구별

리튬 금속 배터리와 충전식 리튬-이온 또는 리튬-폴리머 배터리를 구별하는 것이 중요합니다. 리튬-이온 배터리에는 금속 리튬이 포함되어 있지 않습니다. 일차 리튬 배터리는 낮은 자체 방전률을 가지고 있어, 최대 10년까지 보관 가능합니다. IEC 표준 시스템의 첫 글자는 배터리의 화학적 구성을 나타냅니다. 리튬 금속 배터리는 ‘C’로 표시됩니다(예: CR2032).

리튬의 특성

리튬은 낮은 전극 전위와 매우 높은 전도성으로 인해 고에너지 밀도 배터리에 적합한 전극 재료입니다. 부드럽고 가공성이 좋아 얇은 호일로 압출할 수 있습니다. 이들은 주로 음극 재료와 전압에 따라 분류됩니다. 철 이황화물 음극을 사용하는 배터리는 명목 전압이 1.5볼트입니다. 이 셀은 고성능 AA 배터리에 사용됩니다. 대부분의 다른 리튬 배터리는 망간 이산화물이나 탄소 모노플루오라이드와 같은 고체 음극 또는 이산화황이나 티오닐 클로라이드와 같은 매우 독성이 강한 액체 음극을 사용하는 3.0볼트 시스템입니다.

배터리의 비교 및 이해

각 배터리의 능력을 비교하고 이해하기 위해서는 각 배터리의 특성적인 몇 가지 중요한 파라미터가 있습니다. 이들은 특정 품질이 요구되는 배터리가 필요할 때 참조됩니다.

셀 전압

전기 배터리의 전압은 전기화학 반응에서 양극과 음극 재료의 전위 차이에 의해 생성됩니다. 리튬-망간 이산화 셀의 경우, 셀 전압은 3V입니다. 원통형 리튬 철 이황화물 배터리(LiFeS2)는 리튬을 양극으로, 철 이황화물을 음극으로 사용하며, 유기용매 혼합물에 리튬 염을 전해질로 사용합니다. 이 셀의 전압은 1.5볼트입니다.

절단 전압

절단 전압은 최소 허용 전압입니다. 이 전압은 일반적으로 배터리의 “비어 있는” 상태를 정의합니다. CR2032 배터리의 명목 전압은 3.0V이며, 절단 전압은 2.0V입니다.

용량

쿨롬 용량은 배터리가 특정 방전 전류에서 100% SOC부터 절단 전압까지 방전될 때 사용 가능한 총 암페어 시간입니다. CR2032 배터리는 일반적으로 210-230 mAh 범위의 용량을 가집니다.

배터리의 C-레이트

C-레이트는 배터리가 최대 용량에 비해 얼마나 빨리 방전되거나 충전되는지를 나타내는 데 사용됩니다. 단위는 h−1입니다. 1C 레이트는 방전 전류가 배터리를 1시간 안에 완전히 방전시킨다는 것을 의미합니다.

자체 방전

배터리는 연결되어 전류를 공급하지 않더라도 점차 자체 방전됩니다. 이것은 부하가 적용되지 않았을 때 셀 내부에서 발생하는 비전류 생성 “부작용” 화학 반응 때문입니다. CR2032 배터리의 연간 자체 방전률은 실온과 정상 습도에서 명목 용량의 1% 미만입니다.

Characteristics of Lithium Metal Batteries

 

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