액체전해질

리튬이온-전고체전지 비교

액체전해질은 액체 상태의 전해질을 말한다. 리튬이온 배터리 내부의 양극과 음극 사이에서 리튬이온의 교환이 원활하게 이루어지도록 돕는 매개체이다. 리튬이온의 원활한 이동을 위해 이온전도도와 전기화학적 안정성, 발화점이 높아야 하며 이온의 출입만 가능해야하고 전자의 출입은 막는다.

리튬이온 배터리는 양극, 음극, 분리막, 전해질로 구성된다. 현재 스마트폰이나 전동공구, 전기자전거, 전기자동차 등에 사용하는 리튬이온 배터리는 액체 상태의 전해질을 사용하고 있다. 이와 달리 전고체 배터리는 전해질이 액체가 아닌 고체 상태이다.

대표적인 전해질은 고안정성 유기 용제에 리튬 염(LiPF6, LiClO4, LiBF3 등)을 용해한 액체 전해질이다.

액체 전해질은 높은 이온 전도성 및 우수한 저온 특성이 있으나, 가연성 액체로 구성되어, 과열 및 과충전 시, 팽창으로 인해 폭발 위험이 있어 고온 안정성이 뛰어난 고체 전해질로 교체될 것으로 보인다.

요구 특성

• 이온 전도도가 높아야 한다.
• 전지 성능 면에서 리튬이차전지를 빠른 속도로 충 방전할 경우 두 전극에서 리튬이온이 출입하는 속도와 전해질 용액 내에서 리튬이온의 이동속도가 더욱 중요한 역할을 한다.
• 전극에 대한 화학적, 전기화학적 안정성이 높아야 한다.
• 전해질은 음극과의 환원 반응 및 양극과의 산화 반응을 고려하여 그에 상응하는 전위영역에서 전기화학적으로 안정하여야 한다.
• 사용 가능한 온도 범위가 넓어야 한다
• 액체전해질이 적용되는 리튬이온전지는 작동 범위가 -20~60도의 온도영역에서 위의 요구조건들을 만족하여야 한다
• 안정성이 우수해야한다
• 전해질에 사용되는 유기 용매는 일반적으로 가연성 물질이므로, 고온으로 가열되면 발화 또는 인화로 인해 연소 및 폭발할 위험이 있다.
• 가격이 저렴해야 한다.

구성

유기용매

작동 전압이 높기 때문에 기본적으로 수용액 전해질은 사용할 수 없다. 유기 용매는 수용액 계에 비해 용매의 유전율 상수(dielectric constant)가 상대적으로 낮다.

요구 특성

• 용매의 비 유전율이 커야 한다.
• 리튬 염을 구성하는 양이온과 음이온 사이의 쿨롱 힘과 용매의 유전율 상수는 반비례
• 유전 상수가 클수록 염의 해리 촉진

리튬염

리튬염의 해리 능력은 전하가 비편재화된 음이온을 가진 염일수록 더 큰 경향을 갖는다. 어느 정도 이상의 큰 직경을 갖는 음이온을 가져야 한다. 큰 직경을 가질수록 음이온의 이동도는 저하된다.

예) LiPF6

이온 전도도가 높고 전극 내에서도 부반응을 잘 일으키지 않지만, 열적 안정성이 매우 낮다. 또한 전해질 내의 미량의 수분과 반응하면서 생성되는 HF 등의 생성물은 유기 용매의 분해와 전극 부반응을 일으켜 전지의 성능을 열화 시킨다.

첨가제

전해질의 이온 전도도, 전지의 수명 또는 안전성을 향상시키는 기능

종류별 특성

(1) SEI 형성 및 조절제 : 대표적인 첨가제로서 vinylene carbonate(VC)

(2) 과충전 방지제 : 과충전 시 야기되는 전지의 안전성 문제를 해결하기 위한 첨가제로서, 형성된 과전류를 셀 내에서 순환/소모시켜 고전압 형성을 방지하는 redox-shuttle형 첨가제와 양극 표면에 보호 피막을 형성하여 전류 및 이온의 흐름을 차단하는 피막 형성형 첨가제가 있다.

(3) 피막 형성형 : 피막형성형첨가제는 redox형 보다 더 진보된 안전성 확보 방법으로 작동 원리는 충전 종지 전압을 초과할 경우 양극 표면에 고분자형 절연막을 형성하여 전류 및 Li이온의 이동을 차단함으로써 영구적으로 셀을 정지시키는 것이다.

전해질 종류와 특성

	액체		겔 폴리머	고체
	유기 전해질	이온성 액체	전해질	폴리머 전해질	무기 전해질
구성	유기용매 + 리튬염	이온성 액체 + 리튬염	폴리머 + 유기용매 + 리튬염	폴리머(가교제 + 가소제) + 리튬염	황화계 산화계
이온전도도	~10-2S/cm	~10-3S/cm	~10-3S/cm	~10-5S/cm	~10-3S/cm
저온특성	좋음	좋음	좋음	나쁨	좋음
고온안정성	나쁨	아주 좋음	좋음	아주 좋음	아주 좋음

참고자료

• 경계영 기자, 〈(배터리 인사이드)④리튬이온 이동 돕는 전해질〉, 《이데일리》, 2020-10-03
• 뜨리스땅, 〈2차 전지 기술 탐구: 전해질〉, 《티스토리》, 2020-08-11
• 잇츠상, 〈전해질, 액체 전해질, 액체 전해질의 요구특성 및 구성〉, 《네이버 블로그》, 2023-01-07
• 〈전고체 배터리란 무엇일까?〉, 《삼성SDI》, 2020-09-23
• 비의 신, 〈2-5. 2차전지 전해액 (Electrolyte)〉, 《네이버 블로그》, 2017-12-10

같이 보기

• 고체전해질
• 산화물계 전해질
• 황화물계 전해질
• 리튬이온 배터리
• 전고체 배터리

이 액체전해질 문서는 배터리에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

자동차 : 자동차 분류, 자동차 회사, 한국 자동차, 독일 자동차, 유럽 자동차, 미국 자동차, 중국 자동차, 일본 자동차, 전기자동차, 자동차 제조, 자동차 부품, 자동차 색상, 자동차 외장, 자동차 내장, 자동차 전장, 자동차 부품 회사, 배터리 □■⊕, 배터리 회사, 충전, 자동차 판매, 자동차 판매 회사, 자동차 관리, 자동차 역사, 자동차 인물 배터리 종류 1차전지 • 2차전지 • 3차전지 • AA 전지 • AAA 전지 • HFC • LCO • LFP • LMO • LTO • NCA • NCM • NCMA • 각형 배터리 • 건전지 • 고전압 배터리 • 고체전지 • 공기전지 • 과산화은전지 • 구반반 배터리 • 그래핀 배터리 • 금속 공기 배터리 • 나노셀룰로스 종이 배터리 • 나트륨이온 배터리 • 나트륨 황 배터리 • 납축전지 • 니켈 수소 배터리 • 니켈 카드뮴 배터리 • 다이아몬드 배터리 • 단추형 전지 • 대용량 배터리 • 대형배터리 • 동위원소 배터리 • 리튬공기전지 • 리튬 망간 배터리 • 리튬메탈 배터리 • 리튬 이산화탄소 배터리 • 리튬이온 배터리 • 리튬 인산철 배터리 • 리튬전지 • 리튬 코발트 배터리 • 리튬 티타네이트 배터리 • 리튬 폴리머 배터리 • 리튬 하이니켈 배터리 • 리튬 황 배터리 • 마그네슘 배터리 • 망가니즈전지 • 모래 배터리 • 무음극배터리 • 물리전지 • 미생물 연료전지 • 바나듐 배터리 • 바나듐 레독스 흐름 배터리 • 바나듐이온 배터리 • 바빌로니아 전지 • 박막배터리 • 박테리아 배터리 • 박테리아 종이 배터리 • 반고체 배터리 • 배터리 • 베타 배터리 • 보조배터리 • 볼타전지 • 불소이온 배터리 • 블레이드 배터리 • 비축전지 • 사원계 배터리 • 산화물 전고체 배터리 • 산화은전지 • 삼원계 배터리 • 설탕 배터리 • 세라믹 축전기 • 소금 배터리 • 소형배터리 • 수소연료전지 • 수은전지 • 슈퍼커패시터 • 습전지 • 아연공기전지 • 아연 탄소 전지(르클랑셰 전지) • 아폴로 • 알루미늄 공기전지 • 알루미늄 공기 흐름 전지 • 알칼리전지 • 얼티엄 배터리 • 에너지저장장치(ESS) • 에이터너스 • 연료전지 • 열전지 • 용융염 배터리 • 원자력전지 • 원통형 배터리 • 육둘둘 배터리 • 인섀시 배터리 • 전고체 배터리 • 전지 • 종이 배터리 • 중형배터리 • 차세대 배터리 • 초소형배터리 • 축전기(콘덴서) • 축전지 • 칼륨 배터리 • 칼슘 배터리 • 커패시터 • 코인셀 배터리 • 태양전지 • 파우치형 배터리 • 파워월 • 팔일일 배터리 • 폐배터리 • 폴리머 배터리 • 폴리머 전고체 배터리 • 프리폼 배터리 • 플렉서블 배터리 • 하이니켈 배터리 • 하이브리드 리튬메탈 배터리 • 해수전지 • 핵 배터리 • 화학전지 • 황화물 전고체 배터리 • 흐름전지(레독스 플로우 배터리) 배터리 기술 ALD • CCS • CSG • CTB • CTV • K-배터리 • MPI • MTB • NCMX • PCM • SRS • 건식분리막 • 계면 • 계면저항 • 계면활성제 • 고용량 • 고체전해질 • 고출력 • 공랭식 • 굴곡도 • 기공 • 기억효과(메모리 효과) • 냉각시스템 • 다공성 • 대용량 • 덴드라이트 • 드라이룸 • 모듈투바디(MTB) • 무기 고체 전해질 • 바인더 • 박막 • 박막화 • 방열판 • 방열핀 • 배터리관리시스템(BMS) • 배터리데이 • 배터리모듈 • 배터리 보호회로모듈 • 배터리셀 • 배터리 케이스 • 배터리 패키징 • 배터리팩 • 배터리하우징 • 배터리 히팅 시스템 • 복합전해질 • 분리막 • 블랙파우더 • 비전해질 • 사물배터리 • 산화물 • 산화물계 전해질 • 세라믹 코팅 • 세라믹 코팅 분리막 • 셀밸런싱 • 셀투바디(CTB) • 셀투비클(CTV) • 셀투섀시(CTC) • 셀투카(CTC) • 셀투팩(CTP) • 소용량 • 수랭식 • 스태킹 • 습식분리막 • 실리콘 음극재 • 실버코팅 • 안전성 강화 분리막(SRS) • 액체전해질 • 양극박 • 양극소재 • 양극재 • 양극판 • 양극활물질 • 여과 • 열폭주 • 열화현상 • 와인딩 • 용량 • 유기 고체 전해질 • 유랭식 • 음극소재 • 음극재 • 음극판 • 음극활물질 • 이온전달막 • 이온전도도 • 이온화 • 저용량 • 저출력 • 전고체 • 전구체 • 전지박 • 전해액 • 전해질 • 전해질막 • 점프 • 점프케이블 • 정격용량 • 정격전압 • 제로모듈 • 젤리롤 • 집전체 • 출력 • 침출 • 콤퍼레이터 • 티본 레이아웃 • 파우치 • 패스웨이 • 폐양극재 • 활물질 • 황화물 • 황화물계 전해질 • 히트싱크 • 히트파이프 • 히트펌프 배터리 제품 1865 배터리 • 2170 배터리 • 4680 배터리 • 기린 배터리 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반