리튬 이온 배터리의 핵심: 양극 재료
소개
최근 몇 년 동안 파워 배터리는 신에너지 자동차의 핵심 부품으로 빠르게 발전하고 있습니다. 리튬 이온 배터리는 신에너지 자동차에서 가장 일반적으로 사용되는 전원 배터리로, 주로 양극재, 음극재, 다이어프램 및 전해질로 구성됩니다. 양극재는 리튬 배터리 전체 원가의 40% 이상을 차지하며, 양극재의 성능은 리튬 배터리의 성능 지표에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 양극재는 리튬 배터리의 핵심적인 역할을 합니다.
주요 양극재
리튬 코발트 산화물(LiCoO2)
리튬 코발트 산 화물은 무기 화합물이며 리튬 이온 배터리에 가장 널리 사용되는 양극 소재 중 하나입니다. 리튬 이온의 감쇠에 적합한 2차원 적층 구조를 가지고 있습니다. 이론적 용량은 274mAh/g이지만 구조적 안정성 한계로 인해 실제 비 용량은 약 140mAh/g입니다. 리튬 코발트 산화물은 제조가 쉽고 높은 전기 화학적 성능, 우수한 순환 성능, 우수한 충전 및 방전 성능 등 많은 장점을 가지고 있습니다. 이러한 장점에도 불구하고 코발트 채굴에 대한 높은 비용과 환경 문제로 인해 대체 물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
리튬 니켈 산화물(LiNiO2)
리튬 니켈 산 화물은 리튬 코발트 산화물과 유사한 입방형 암염 구조를 가지고 있지만 더 저렴합니다. 고온 안정성, 낮은 자체 방전율, 과충전 및 과방전 제한이 없고 공해가 없습니다. 하지만 공정 조건 제어 요구 사항이 높고 화학량론적 화합물을 생성하는 경향이 있어 제조가 어렵기 때문에 양극재로 사용하는 데 제한이 있습니다. 제조상의 어려움에도 불구하고 높은 에너지 밀도의 잠재력은 미래 배터리 기술의 매력적인 후보입니다.
리튬 철 인산염(LiFePO4)
리튬인산철은 감람석 구조로 직교 결정계에 속합니다. 이론적 비용량은 170mAh/g, 이론적 전압은 3.5V이며 충전 및 방전 전후의 구조 변화가 적어 순환 성능이 우수하고 고온 안정성을 제공합니다. 그러나 높은 전력 속도에서 분극성이 높아 가역 용량이 급격히 떨어지기 때문에 고전류 충전 및 방전에는 적합하지 않습니다. 뛰어난 안전 프로파일과 긴 사이클 수명으로 에너지 밀도보다 안전과 내구성이 우선시되는 애플리케이션에 이상적입니다.
리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC)
리튬-니켈-망간-코발트의 복합 산화물은 Ni, Co, Mn이 첨가되어 시너지 효과를 내며 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2의 장점을 통합합니다. Ni를 첨가하면 재료 용량이 증가하고, Co는 층 구조를 안정화하며, Mn은 재료 비용을 절감하고 안전성을 향상시킵니다. NMC 소재는 균형 잡힌 성능 특성으로 인해 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 니켈, 망간, 코발트의 비율을 조정하여 전기 자동차 또는 그리드 스토리지와 같은 특정 애플리케이션에 맞게 성능을 최적화할 수 있는 다용도성 덕분입니다.
결론
양극재는 리튬 이온 배터리의 성능, 비용, 안전성을 결정하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 새로운 에너지 자동차를 위한 고에너지, 장수명, 비용 효율적인 리튬 이온 배터리의 발전을 위해서는 고급 양극재의 개발이 필수적입니다. 이 분야에 대한 지속적인 연구와 혁신은 배터리 기술을 더욱 향상시켜 지속 가능한 에너지 솔루션에 대한 수요 증가를 뒷받침할 것입니다.
