활물질(Active material)은 전지가 방전할 때 화학적으로 반응해 전기에너지를 생산하는 물질이다.
리튬이온 배터리 활물질
양극, 음극, 분리막, 전해질이 리튬이온 배터리의 4대 요소로 불린다. 이 중 음극과 양극 속에 포함된 활물질은 배터리 내에서 전기를 일으키는 가장 근본이 되는 물질을 일컫는다.
양극활물질
리튬이온을 제공할 수 있는 물질로, LCO(Lithium cobalt oxide), LMO(Lithium manganse oxide), LNO(Lithium lickel oxide) 등이 주로 양극 활물질로 사용되며 각각의 특성을 조화시켜 만든 NCM(Ni, Co, Mn), NCA(Ni, Co, Al) 등이 실제 리튬이온배터리의 양극 활물질로 사용된다.
각 물질마다 특성이 다른데, 대표적인 세 물질의 특성은 다음과 같다.
- LCO : 합성이 용이하고, 전기화학 성능이 우수하다(용량=274mAh/g). 현재 상용화되어 있는 리튬이온 배터리의 양극활 물질로 주로 사용되고 있다. 하지만 주원료인 Co 가격이 높다는 단점이 있다.
- LMO : 구조적으로 스피넬 구조를 가지고 있는 리튬 망간산화물(LMO)은 용량이 100mAh/g으로 LCO보다는 낮다. 그러나 출력특성이 좋고 안전성이 우수하며, 가격이 저렴하여 성능이 낮은 제품에 적용되고 있다.
- LNO : 양극활물질 중에서 가장 고용량이다. 현재 NCM, NCA에서 nickel의 비중을 높여 고용량화를 이루기 위한 노력이 진행되고 있다.
Ni, Co, Mn를 주 성분으로 한 3성분 계 Ni-rich NCM 계 양극활물질은 LiNiO₂ (LNO)의 고용량, LiCoO₂ (LCO)의 우수한 전기화학 성능, LiMn₂O₄ (LMO)의 안정성의 장점을 고루 지닌다.
음극활물질
리튬이온을 저장할 수 있는 물질로, 일반적으로 천연흑연이 사용되며 점차 인조흑연으로 대체하는 추세이다. 흑연 외에도 LTO(Lithium titanate), 그래핀(graphene), silica, TiO₂등의 음극 활물질로 사용할 수 있는 물질들이 존재한다.
흑연의 이론적 용량이 372mAh/g, TiO₂는 335mAh/g인 것에 비해 silica는 4200mAh/g으로 압도적으로 큰 용량을 가지고 있다. 하지만 순전히 silica로만 이루어진 음극은 사용할 수 없으며, 그 이유는 용량 유지율이 급격히 낮아지기 때문이다. 이를 보완하기 위해 소량의 silica를 첨가하는 식으로 음극의 용량을 향상시키고 있다. [1]
각주
참고자료
같이 보기
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