리튬전지 또는 리튬배터리(lithium battery)는 전지의 음극판을 리튬으로 만든 전지이다. 리튬은 낮은 밀도의 금속인데 반해 음극 금속 중 가장 높은 용량을 가지고 있기 때문에 전지의 음극으로 많이 쓰이고 있다. 현재 Li/SOCl2 전지, LI/MnO2 전지와 같은 리튬 1차전지와 리튬이온 전지, 리튬 폴리머 전지와 같은 리튬 2차 전지가 상용화되어 있다.
음극에 금속리튬을 사용한 전지들을 모두 가리키는 단어이다. 기능면으로 1차전지와 2차전지로 나뉘는데, 1차전지는 망가니즈건전지에 비해 전압과 에너지 밀도가 높아서 카메라나 전자시계 등의 전원으로 많이 사용된다. 2차전지는 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 등이 있다.
양극에는 많은 것이 고안되어, 기능면으로 1차전지와 2차전지로 나뉜다.
1차전지는 3V 이상의 기전력을 가지며, 전해질은 프로필렌탄산염 등 유기비수용액(有機非水溶液)이 쓰인다. 종래의 망가니즈건전지보다 약 2배의 고전압을 지니며, 에너지밀도도 5∼10배이기 때문에, 전자시계·카메라·부표 등의 전원에 널리 쓰인다. 이 밖에 고체전해질을 사용한 전지가 심장페이스메이커 등에 사용되고 있다.
한편, 리튬을 사용한 고에너지밀도의 2차전지로서, 음극에 금속리튬을, 양극에 이황화타이타늄을 사용한 고체전해질 리튬전지나 용융염(熔融鹽)을 사용한 고온형 리튬황화철전지 등이 있으며, 리튬이온전지와 리튬폴리머전지 등이 있다.
가볍고 용량이 크며 재충전 사용이 가능한 고성능의 전지로서, 휴대 전화나 노트북 컴퓨터의 전원으로 사용된다. 리튬전지는 일반 전지에 비하여 2배 이상 높은 3.0~3.6V의 전압을 가지며, 전압 평탄도가 우수하고, 호환 가능한 전지들 중에서 에너지 밀도가 가장 높은 것은 물론 -55~85℃의 넓은 온도 범위에서 작동이 가능하다. 아울러 일반적인 조건에서의 자가 방전율이 연간 2퍼센트 미만이므로 장기간 저장 후에도 사용이 가능하다. 충전이 되는 2차 전지로 흔히 사용되는 것은 니카드 전지이다. 니카드 전지는 조금 사용한 후 다시 충전하면 남아 있는 용량을 사용하지 못하는 메모리 효과가 생긴다.
리튬이온 전지는 리튬 산화물로 (+)극을 만들고, 탄소로 (-)극을 만든다. 휴대폰을 사용하기 시작하면 (+)극의 리튬 이온이 중간의 물질을 지나 (-)극의 탄소 격자 속으로 들어간다. 이때 극판에 손실이 거의 없기 때문에 긴 수명을 유지할 수 있는 특성을 지닌다. 1950년 후반, 미국에서 항공 우주 · 군사용 에너지원으로 개발된 리튬 전지는 오늘날 카메라 · 컴퓨터 · 전기 밥솥 · PLC · 감지기 · 계량기 등의 다양한 상업용 및 산업용 용도로 사용중이며, 충전용 리튬 전지 · 휴대용 전자 제품 · 노트북 컴퓨터 · 캠코더 등의 제품에 사용되고 있다.
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