축전지 종류

[귀한]

전지의 종류

1차전지
망간 건전지


보통 건전지라고 하면 이 전지를 떠올릴 만큼 보편적인 전지로서시계나 장난감등에 널리
사용되고 있다. 중간 중간 쉬어 가면서사용하면 전압이 회복되는 특징이 있어 잘 사용하면 오래 사용이
가능하다.



알카리
건전지

망간 건전지보다도 이산화망간과 아연을 다량으로 넣어 고성능 장수명임.연속적으로 큰 전류를 필요로 하는 헤드폰 스테레오나 카메라 스트로브용에
적합함.



Button형 전지



작은 버튼과 같은 형상을 하고 있는 전지에 대한 총칭으로서 산화은 전지,공기아연 전지,알카리 Button
전지등이 있으며 사용된 물질에 따라 성능이나 특성이 다르다.

1) 산화은 전지


전압이 상당히 안정되어 있는 것이 특징이며
수명이 다하는 직전까지전압을 유지하기 때문에 카메라의 노출계,수정시계와 같은
정밀전자기기에 많이 사용됨


2) 공기아연
전지


양극에 공기중의 산소를 사용하기 때문에 전지내 음극에 다량의
아연을채울 수가 있어 적은 크기로 대용량을 낼 수가 있다. 보청기나 포켓 벨등에
사용되고 있다.



알카리 Button
전지


산화은 전지는 양극에 고가의 산화은을 사용하기 때문에 전지 가격이 비싸다.그래서 비교적 값이 싼 이산화망간을 사용한 것이 알카리 버튼
전지임.경제성이 뛰어나 폭넓게 사용되고 있음.



리튬 전지


소형으로
고전압(3.6볼트),대전류,긴 사용수명을 장점으로 하는 전지.용도에 따라 여러
형상(각형,원통형,핀형,페이퍼형)으로 만들 수 있기 때문에 사용범위가 날로 확대되고
있다.사용하는 양극 재료에 따라
Li/SOCl2,Li/SO2,Li/MnO2,Li/(CF)n전지등으로 나뉘어지며,이중 Li/SO2전지는 주로
군수용으로 사용되고 있음.

1) 원통형
리튬전지


하이테크 시대에 중요한 역활을 담당하고 있는 전지임. 콤퓨터나
비데오데크의 메모리 백업(기억유지기능)용,휴대폰의 전원으로 많이 사용되고 있음.
Li/MnO2전지로 카메라용 CR series가 유명함.5-10년간 사용 가능.

2) 코인형 리튬전지



카메라나 전자수첩등에 안정된 성능을 발휘하고
있음.

3) 핀형 리튬전지


야간 낚시용
전기찌의 전원으로 사용되는 전지임.

4) 페이퍼형
리튬전지


얇은 메모리 카드나 IC 카드등에 사용되는 전지임

href='"#Top"'>


2차전지

Ni-Cd 전지

종래 가장 널리
사용되든 충전식 전지로서 매일 되풀이해서 사용하면건전지보다 경제적으로 유리함. 그러나 "메모리 효과"가 있어 완전히방전하지
않고 충전을 하게 되면 용량이 줄어드는 단점이 있음.또한 카드뮴 성분의 환경 유해성 때문에 점차로 생산량이 줄어들고 있는추세임.코드리스 전화기,전동 브러쉬,면도기등 매일 사용하는 기기에적합함.





니켈-수소 전지

같은 중량으로
Ni-Cd 전지에 비해 2배의 전기용량을 가지고 있어1회 충전으로 보다 장시간 사용이 기능하며 기기의 소형경량화를가능하게
해주는 전지임.노트북 콤퓨터,휴대용 전화등 비교적 고가의 휴대용 전자제품에사용되어 왔으나 현재 리튬이온 2차전지에 의해
잠식당하고 있음.


리튬이온 2차전지

작고
가벼우면서도 고출력 전지임. 휴대전화에서는 없어서는 안되는전지며 캠코더나 휴대전화의 소형경량화를 가능하게 해준
전지임.


리튬포리머 2차전지


겔(gel)상의 전해질을 사용하므로서 전지의 형상이
유연해져(plasic/flexible) 얇은 각형이나 시트형으로 전지 제조가 가능하며 아직은 제품개발이 완성되지 않은 전지임. 현재 0.5mm까지 얇은 제품이 개발되어 있음. 휴대용
전자,통신기기,전기자동차등에 적용이 기대됨.


연축전지

축전지 중에서 가장 오래
된 역사를 자랑하는 전지로서 비교적싼 가격으로 전지 제조가 가능하고 기술완성도가 높은 전지임.작은 전기제품으로 부터
자동차용,지게차의 동력용,비상전원공급장치,UPS용,전기 자동차용,태양전지 발전용등 다양한 부분에적용되고 있음.현재로서는 대체 기술이나 전지가 보이지 않음.




전지의 안전사용법

전기기구를 사용하고 난 뒤에는 반드시 전지스위치를 끈다.


전지를 장착할 때는 방향을 똑바로 하여 역접속이 되지 않도록 주의한다.


전지를 쇼트시키지 않는다.


종류가 다른 전지는 같이 사용하지 않는다.


전지를 교체할 때는 전부 한꺼번에 한다.


전지를 불속에 넣어서는 안된다.


니카드전지와 같은 충전식 2차전지는 전용충전기를 이용하여 충전한다.


전지 표면의 비닐을 벗기거나 흠집을 내어서는 안된다.


전지액이 눈에 들어가면 바로 물로 씻어내고 의사의 치료를 받는다


어린이의 손이 닿는 곳에 전지를 두지 않도록 한다.


사용이 끝난 전지는 메이커 지시에 따라 여러가지 주의를 하면서
버린다.


내용출처 :네이버 지식인/ [기타] 인터넷 : http://members.tripod.lycos.co.kr/csncum/ CS Engineering










2차전지란 한번 쓰고 버리는 1차전지와 달리 충전을 통해 다시 쓸 수 있는 전지를 말한다.


자동차용 연축전지, 휴대폰 노트북PC캠코터 등에 들어가는 리튬이온전지, 니켈수소전지, 폴리머전지 등이 있다.
고속 성장하고 있는 휴대통신기기와 인터넷 확대에 따른 노트북PC의 핵심부품으로 수요가 크게 증가하고 있다.


산업자원부( www.mocie.go.kr)는 `2차전지 산업 발전전략위원회`를 열어 기업과 연구기관 전문가가 참여한 가운 데 발전전략을 확정했다.

이번 전략에 따라 셀(Cell).부품.소재, 장비를 함께 개발하는 대형 프로젝트형 체제를 확립해 5년후 사업화를 목표로 고효율 리튬폴리머 전지를 만들기로 했다.

또 에너지 저장용량의 한계를 극복하는 소형 연료전지를 10년내에 개발키로 했다.
정부는 이를 위해 2007년까지 전지소재 연구센터와 리튬폴리머 전지 센터를, 2008년까지 소형연료전지센터와 전지기술평가센터를 설치하 고 관세감면.표준제정을 통해 부품.장비업체를 육성할 계획이다.

휴대폰, 노트북PC, PDA에 사용되는 핵심부품인 2차 전지는 충방전에 의해 반복적으로 사용이 가능하다.

특히 정보통신기기의 이동성이 중 요하게 되면서 반도체와 디스플레이에 이은 차세대 전략산업으로 꼽 히고 있다.

국내 2차전지 산업은 삼성SDI, LG화학, SKC 등 대기업이 주도하는 가 운데 새한에너테크, 코캄엔지니어링 등 중소 벤처기업도 가세해 현재 셀업체 9개, 장비업체 7개, 부품업체 9개사가 있다.

올해 2차전지 세계시장은 63억달러 규모이며 일본의 점유율이 65%를 넘는다.

출처 : 매일경제신문
답변들
리튬 2차 전지의 현황과 전망
ybban (2002-09-30 17:10 작성) | | 이의제기 (1)
1. 서론

시간과 공간의 구애를 받지 않는 양질의 음성, 화상, 문자정보의 교환을 위한 노력으로 디지털 휴대폰과 휴대용 컴퓨터가 등장하면서 음성과 문자정보의 교환분야에 커다란 진보를 이룩하였다. 그러나 현재는 휴대폰이 음성정보에 문자정보교환이 추가된 상황이기 때문에, 아직도 관련 정보 교환기술 및 기기개발이 진행되고 있다. 앞으로 휴대폰과 휴대용 컴퓨터의 기능을 통합하고 화상 정보까지 결합된 휴대용 정보기기를 위해서는 전자회로의 집적화 및 통신속도 증대가 필수적이다. 또한 이들 휴대용 정보기기를 구동시키기 위한 전력도 증가될 것으로 예측되기 때문에, 현재 전원으로 사용되는 2차전지보다 에너지 밀도가 더욱 증대된 전지가 요구될 것으로 예상된다.

그리고 내연기관의 배기에 의해 발생되는 환경오염문제를 해결하기 위한 방법중의 일환으로 전기자동차 개발이 진행되고 있으며, 이들 전기자동차에 2차전지를 장착하기 위해서 경제성이 있고,고속충전이 가능하고, 안전성이 높은 고에너지 밀도의 2차전지 개발이 요구되고 있다.

현재 2차전지는 음극재료나 양극재료에 따라 납축전지, 니켈/카드뮴(Ni/Cd) 전지, 니켈/수소(Ni/MH) 전지, 리튬 2차전지등이 있으며, 전극재료의 고유특성에 의해 전위와 에너지 밀도가 결정된다. 특히 리튬 2차전지는 리튬의 낮은 산화환원전위와 분자량으로 인해 에너지 밀도가 높기 때문에 앞에서 언급한 휴대용 전자기기의 구동전원으로 많이 사용되고 있다. 리튬 2차전지는 음극 재료가 금속리튬인 경우는 리튬금속으로, 탄소재료인 경우는 리튬이온이라 하며, 한편으로 전해질이 고체 고분자이거나 혹은 액체 유기용매와 리튬염을 고분자와 혼성시킨 겔(gel)인 경우는 고분자로, 전해질이 리튬염이 전리되어 있는 유동성 액체일 경우는 고분자를 생략하여 구분하고 있다.

즉 리튬금속 2차전지(LB), 리튬이온 2차전지(LIB), 리튬금속 고분자 2차전지(LPB), 리튬이온 고분자 2차전지(LIPB)로 크게 구분된다(표1).

금속리튬을 음극으로 사용하고 전해질로는 리튬염이 전리되어 있는 액체유기용매를 사용한 리튬금속 2차전지는, 금속리튬전극이 충방전 과정을 반복하면서, 전리된 리튬이 균일하게 산화환원되지 못하고 표면에서 양극방향으로 성장하는 수지상(dendrite) 현상으로 인해 안전성 확보에 문제가 있었다(그림1). 리튬과 알루미늄 합금형태로 음극에 사용한 동전형 전지는 상용화 되었지만, 이러한 단점을 개선하기 위해 리튬이온이 금속으로 석출되는 환원반응전위보다 높은 전위에서 전극재료가 충전되면서 리튬이온이 저장되고, 방전되면서 배출되는 탄소를 음극재료로, 그리고 리튬이온이 충방전시 가역적으로 삽입 탈리되는 층상의 리튬금속산화물을 양극으로 구성하고, 액체전해질과 다공성 고분자 분리막을 사용한 것이 LIB이다(그림2). LIB에서 리튬이온의 이동이 가능 한 액체전해질의 기능을 고분자 전해질이 대신함으로서 보다 높은 안정성을 확보한 전지가 LIPB이다(그림3).

또한 고분자 전해질을 사용한 경우 금속리튬상에서의 수지상 성장이 저하되는 현상이 관찰됨으로서, 이론용량이 3,860mAh/g에 달하는 리튬금속 혹은 합금을 고분자 전지에서 음극으로 사용하고자 하는 2차전지가 LPB이다. 본고에서는 이들 리튬 2차전지중 양극재료와 음극재료 그리고 고분자 전해질의 개발동향에 대해 개괄적으로 기술하고, 이미 상용화된 LIB 와 최근 양산이 시도되고 있는 LIPB에 대한 전망을 언급하고자 한다.

2. 본론

2.1 음극 재료

탄소재료는 결정성에 따라 주로1000℃이하에서 합성되는 무정형 탄소와 흑연화 온도인 3000℃부근에서 결정화된 흑연으로 분류된다. 무정형 탄소중에 흑연화온도에서 흑연화 될 경우는 소프트(soft) 탄소 그렇지 않은 경우는 하드(hard) 탄소로 세분된다. 그러나 탄소재료의 출발원료, 제조공 정, 입자형태등에 따라 탄화 온도가 같더라도 상이한 구조를 가지기 때문에, (표2)에서와 같이 다양하게 분류되기도 한다. 리튬 2차전지의 음극재료로서 탄소전극은 구조에 따라 수명과 용량이 크게 변한다. 결정성이 큰 흑연의 이론적인 용량은 LiC6인 조성일 때 372mAh/g이다(그림 4). 이것은 탄소재료를 사용함으로서 금속리튬의 수지상성장(dentrite)으로 인한 위험성을 해결하였지만, 금속리튬의 용량이 3860mA/g인 것에 비하면 10% 정도에 지나지 않는다. 그러나 550-1200℃정도의 온도에서 탄화된 무정형 탄소의 경우 결정성 흑연의 이론용량을 능가하는 특성을 나타내기도 한다. 예를 들면 석탄 타르 피치를 이용하여 합성된 유기황화합물을 700℃에서 탄화하였을 경우 10mV(vs Li/Li+)까지 충전하였을 경우 530mAh/g의 가역용량을 나타내기도 한다.

이 탄소재료는 황 첨가 비율에 따라 탄소재료의 구조가 크게 다르며 20% 첨가된 황은 석탄 타르 피치와의 반응에 의해 탄화시 a축 방향으로 결정성장은 온도증가에 따라 증가하는 반면에 c축 방향의 결정성장은 거의 이루어지지 않는 것으로 분석된다(그림5). 저온 탄화시킨 탄소재료에 많이 잔존하는 수소에 의해 혹은 탄화가열시 황의 감소에 의해 생성되는 미세공간에 의해 충방전되는 가역용량이 증대되는 것으로 볼수 있다. 그러나 저온탄소의 경우 초기 분해반응에 의한 큰 비가역 용량이 큰 것으로 보고되고 있다. 탄소의 층간거리(d002), 탄소 적층두께(Lc), 탄소면의 너비(La), 비표면적, Raman분광, H/C원자의 비율, 미세공간의 부피 및 분포, 밀도등의 분석을 통해 이들 인자가 리튬 2차 전지용 탄소재료의 용량과 수명특성과 비가역성에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하다.

2.2 양극 재료

현재 양극재료로는 LiCoO2 가 4V급으로 충방전에 안정한 층상구조를 갖고 있기 때문에 LIB에 이용되고 있다. 그러나 고가이기 때문에 LINiO2, LiMn2O4등으로 대체시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. LINiO2는 제조방법이 어렵고 수명이 짧은 것으로 보고되고 있다. LiMn2O4는 LIB에서 Mn2+이 전해질로 용출되거나 혹은 Jahn-Teller 효과에 의해 충방전이 되면서 구조가 파괴되는 단점이 있지만 Ni, Mg, B, Co 등을 첨가하여 합성한 재료인 경우 수명이 향상된 것으로 보고되고 있다(그림 6). LiMn2O4는 Li2CO3등의 리튬염과 Mn(NO3)2등의 망간염을 분말상태에서 혼합하여 700℃이상에서 소결합성하는 고상법, 에틸렌 글리콜과 구연산을 에스테스화 한후 리튬염과 망간염을 착화시켜 건조한 후 소결하는 페치니(Pechini)법, 그리고 페치니법을 개선시킨 폴리아크릴산법등에 의해 제조되고 있다. 제법에 따라 생성되는 LiMn2O4의 입자형태와 크기가 다르며(그림7), 충방전 수명도 영향을 받는다. 폴리아크릴산법으로 제조된 LiMn2O4의 충방전 특성이 보다 미세한 입자, 균일한 분포, 스피넬 구조의 발달등으로 인해 LiMn2O4의 이용율이 증대되어 수명 특성이 좋아진다. 또한 전극의 구성요소인 리튬금속산화물, 전자이동경로를 제공하는 전도재, 이온의 이동경로를 제공하는 전해질이 차지하는 공간, 고분자 결합제의 물성등에 의해 전지의 특 성이 영향을 받는다. 예를들면 LIB나 LIPB에서 결합제로 일반적으로 사용하고 있는 PVdF 대신에 PTFE를 사용하여 제조된 다공성 전극은 LIB에서 사용될 경우 LiMn2O4의 수명특성이 개선되었다.

그리고 LiMn2O4의 수명특성은 고분자 전해질을 사용하는 LIPB에서 비교적 안정하고, 방전전압의 평탄도가 우수하지만, LiCoO2를 대체하기 위해서는 수명 및 고온특성이 개선이 가장 큰 연구과제인 것으로 여겨진다.

2.3 고분자 전해질

LPB와 LIPB용 고분자 전해질은 리튬이온 전도체로서 높은 이온전도도를 가지고, 분리막의 기능으로서 기계적물성이 우수하여야 하며, 각형등의 전지가공에 알맞은 유연성을 갖추어야 한다. 현재의 연구는 크게 고분자에 리튬염을 혼합한 순수 고체형 고분자 전해질과 이에 유기용매를 첨가한 혼성 겔형의 고분자 전해질로 나뉘어 진다(표3).

고체형 고분자 전해질은 고분자 주쇄에 염을 해리할 수 있도록 O, N등의 극성인 원소를 도입하여 고분자 사슬의 운동이 가능하도록 Tg가 낮은 고분자에 리튬염을 해리시키는 것이다. 폴리에틸렌옥사이드(PEO)계 및 이들의 유도체들이 이러한 특성으로 고온에서 사용되었지만 상온에서는 리튬이온 전도도가 낮아 실제적으로 LPB나 PIPB에 상용화되지는 않았다.

최근에는 PAN, PVC, PMMA, PVdF등의 극성고분자에 유기용매와 리튬염을 혼합하여 거시적으로는 점탄성을 가지지만 미시적으로는 액체의 특성을 가지는 고분자 혼성 겔형의 전해질에 관한 연구가 많이 보고되고 있다. 이들은 상온에서 10-3S/cm 정도의 높은 리튬이온전도도를 나타내고 있다.

미국 Bell Communication Research, Inc(Bellcore)에서 발표한 PVdF 공중합체에 유기용매인 EC/PC를 첨가한 고분자 전해질이 유망하지만, 제조공정상 PVdF공중합체 용매제거등의 공정상 문제가 크며, 저온에서의 리튬이온전도도의 급격한 감소는 해결해야 할 과제이다.

그리고 고분자 전해질은 저전위의 음극전극과 충방전시 그리고 평형상태에서도 항상 접하고 있기 때문에 전극과의 반응성이 매우 중요하다. LIPB의 경우 초기 충방전시 음극전극의 탄소재료계면상에 전해질의 연속적인 분해를 방지하는 리튬이온 전도성 보호막을 형성할 수 있어야 한다.

LIPB의 경우 전지의 수명특성 개선을 위해 탄소표면에 형성되는 피막의 특성 및 이의 제어가 중요한 과제로 되어 있다.

3. 리튬이온 2차전지와 리튬이온 고분자전지의 동향

휴대전화기와 노트북 컴퓨터가 소형 리튬 2차전지의 최대 수요품이다. 현재는 LIB가 사용되고 있지만 LIPB가 개발되면 개선된 안전성, 형상의 유연성 그리고 박형화의 장점으로 인해 현재의 LIB 대신에 LIPB가 사용될 것으로 예상된다.

현재 원통형 LIB의 에너지 밀도는 1997년에 비하여 1999년에 약 5%에서 15% 정도 향상되었다. 이는 전지에 사용된 전지의 구성 물질이 변하지 않은 상황으로 전극활물질의 고용량화보다는 전지제조 및 설계의 최적화로 전지내 전극활물질양의 산술적 증가에 따른 것이다.

LIPB는 1998년 말레지아의 Shubila와 미국의 HET에 의해 소규모 생산이 시작되었으며 1999년 초부터 일본의 LIB 제조업체들에 의해 양산이 시도되고 있어 올해 말에는 본격적인 시장진입이 이루어질 것으로 예상되고 있지만 고율방전 특성 및 저온특성이 어느 정도 LIB에 접근하는지는 알려지지 않았다.

또한 LIPB의 중량에너지밀도나 부피에너지밀도는 각사의 발표사양으로 볼 때 LIB와 비슷한 값으로 고분자 전해질을 사용함으로서 크게 개선되지는 않고 있다. 에너지 밀도를 증대시키시 위해서는, 현재의 LIB전극에서 전해질의 침투경로인 다공성 공간을 LIB의 수준으로 유지하면서 전해질로 사용된 고분자 혼성 겔을 침투시킨 형태의 고분자전해질용 전극을 개발해야 할 것이다.

국내에서는 삼성전관, LG화학, SKC등의 회사가 리튬 2차전지개발을 하고 있으며, 현재의 상황에서 LIB와 LIPB 중 향후 방향을 정하는 것이 상당히 어려울 것으로 예상된다.

4. 리튬 2차전지의 전망

리튬 2차전지는 비록 1989년 액체전해질을 사용한 금속리튬 2차전지의 실패전력을 안고있지만 궁극적으로는 이론적으로 최대의 에너지밀도를 가지고 있는 LPB를 지향할 것으로 예상되지만 가까운 장래에 실현되기는 어려울 것이다.

따라서 향후의 리튬 2차전지의 전개방향은 현재의 LIB를 고분자 전해질을 채용하는 LIPB로 진행시키면서 저가의 전극재료개발을 지속적으로 추진할 것으로 예상된다. 현재 리튬 2차전지는 소형전지에 국한되고 있지만, 전기자동차나 전력저장용으로 이를 대형화시키기 위해서는 열적특성이 우수하고 저가인 전극재료개발이 선행되야 하기 때문에, 저가의 탄소재료로 코발트산화물을 대신할 수 있는 철, 망간 또는 니켈산화물의 개발이 필요하다.