배터리 4대 구조 - 분리막

안녕하세요~흥미롭고 재미있는 과학 흥. 재. 과입니다!

 

저번 포스팅에서 배터리의 용량과 성능에

직접적인 영향을 주는 양극재와 음극재에 대해 알아보았는데요.

 

오늘 알아볼 분리막은 배터리의 용량보다는

안정성과 성능을 유지하는데 중요한 역할을 하는 소재입니다!

 

만약 이 분리막에 하자가 있다면 여러 안전문제들이 발생하게 됩니다.

내부 단락으로 인한 과열현상이나 폭발까지도 이뤄질 수 있기에

안전한 배터리 운영을 위해서는 분리막의 품질을 유지하여

문제를 미리 예방하는 것이 중요합니다!

 

※ 단락(Short Circuit)

단락은 극이 서로 다른(양극과 음극)것이 직접적으로 연결되면

정상적인 전류 흐름보다 훨씬 높은 전류가 흐르게 됩니다.

→ 과열, 화재 위험 有

 

오늘은 분리막에 대해 알아보겠습니다!

 

 

분리막

1. 분리막이란?

분리막은 한마디로 양극과 음극은 철저히 분리하는 벽의 역할과 함께

리튬이온은 자유롭게 오갈 수 있는 막(기공)입니다!

 

분리막은 배터리 원가의 약 15~20%를 차지하고 있으며 

기술장벽이 높은 소재 중 하나입니다!

 

주로 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로플렌(PP) 등 플라스틱을 주원료로 사용하고 있고,

화학적 안정성이 뛰어나고 내구성이 좋기에

범용적으로 많이 쓰이는 플라스틱 중 하나입니다!

 

분리막은 완전히 차단된 막이 아닌 내부 미세한 구멍이 뚫려 있어

이 구멍사이로 리튬이온이 이동하게 되고, 전자가 전해액으로 직접 흐르지 않게 합니다.

 

또한 높은 기계적 강도로 외부에서 강한 충격을 받을 때 

배터리 내부에서 발생하는 부산물 및 이물들을 차단하는 역할도 수행하고 있습니다!

 

이러한 분리막이 얇고 가벼울수록 그만큼 에너지를 배터리 안에 많이 담을 수 있기에

분리막이 차지하는 공간은 적을수록 좋습니다.

 

분리막 생산 공정

 

2. 분리막의 종류

건식 분리막

일반적으로 건식 분리막은 습식 분리막보다 간단한 공정을 거칩니다

건식 분리막은 PE, PP 필름을 기계로 잡아당겨 기공을 만들기에

단가가 습식 분리막에 비해 더 싸고 친환경적입니다.

 

건식 분리막은 기계적으로 막을 잡아당기기에

균일한 기공을 만들어 내기가 어렵습니다.

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상대적으로 두께 또한 두껍기 때문에 전기차 시장에서

건식 분리막보다는 습식 분리막의 비중이 커지는 추세죠.

 

하지만 전기차 배터리처럼 에너지 밀도가 중요한 경우를 제외하고

전기 버스차, ESS(에너지 저장 장치)와 같이 상대적으로 배터리의 크기가 더 크며

공간의 제약을 많이 받지 않는 배터리는 수요가 꾸준히 있는 소재입니다!

 

분리막에 있는 기공

 

습식 분리막

습식 분리막은 고온/고압의 환경에서 PE, PP 필름을

화하적 처리를 통해 압출하여 만드는 방식입니다. 

 

화학적 처리를 위한 유기 용매를 사용하기에 유해물질이 발생하게 됩니다.

따라서 습식 분리막은 친환경적이지 않고 단가 또한 비싼 편이죠.

 

하지만 단순히 기계로 잡아서 당기는 건식 분리막 보다

기공이 균일하고 막 자체가 얇기에 에너지 밀도를 높이기 유리합니다!

그렇기에 휴대폰, 노트북, 전기차(승용차) 배터리 같은 경우 공간의 한계가 있기에

고용량, 고출력 배터리에 적합하게 쓰입니다!

 

※ 국내 습식 분리막 제조업체 : SKIET, WCP

 

최근에는 이러한 습식 분리막의 성능 강화를 위해 

세라믹을 코팅하여 안정성을 강화하는데 이러한 분리막을 강화 분리막이라고 합니다!

 

분리막은 액체 전해질을 사용하는 배터리에는 필수적으로 들어가야 하는 소재입니다.

전고체 배터리에는 구조상 필요가 없는 소재이지만,

전고체 배터리의 상용화 단계는 아직이며

상용화되더라도 기존 배터리가 없어지지는 않을 것이기에

분리막 시장의 성장이 기대됩니다!

 

이상 흥. 재. 과. 였습니다!