배터리 4대 구조 - 전해액

안녕하세요~흥미롭고 재미있는 과학 흥. 재. 과입니다!

 

앞서 말했듯 리튬 이온은 전해액으로 이동하고

전자는 도선으로 이동하는 것이 배터리의 기본 구조입니다.

 

바로 이 리튬이온을 이동할 수 있게 해주는 매개물질이 바로 전해액인 것이죠.

좋은 전해액이란 이러한 리튬이온이 잘 이동하게 해주는 액체

즉, 이온 전도도가 높은 물질이 좋은 전해액입니다!

마치 사람의 혈액과도 같은 존재죠ㅎㅎ

 

전해액은 크게 염, 용매, 첨가제 등 3가지로 나뉘는데요.

오늘은 배터리 4대 구조 중 마지막인 전해액에 대해 알아보겠습니다!

 

배터리 전해액

 

전해액

1. 염(Salt)

염은 전해액 원가 구성에서 약 30%를 차지하며

리튬이온을 제공하는 중요한 역할을 합니다!

 

전해액에서 염은 전기적으로 중성을 띄어야 합니다.

화학반응의 매질로서 사용되어야 하기에 전기적 불균형이 일어나게 되면

불필요한 반응이 일어나게 되며 결국 배터리를 망가뜨리게 되는 것이죠.

 

이러한 염의 종류만 해도 매우 수십 가지가 될 정도로 매우 다양한데요.

(LiPF6, LiBF4, LiFSi, LiDFOP... etc)

어떤 제품에 쓰는 배터리에 따라 염의 종류가 달라집니다.

소형 IT의 경우 LiPF6가 대표적이며 전기차용에는 여러 전해질을 혼합해서 씁니다!

 

※ 국내 리튬염 제조 업체 : 엔켐

 

이 전해질 리튬염에 따라 배터리의 수명, 충전 속도, 방출용량(출력성능) 등

많은 부분에 영향을 미치기에 적절한 염을 사용하는 것이 전해액 제조의 관건입니다.

 

염, 유기용매, 첨가제로 이루어진 전해액

 

2. 유기용매(Organic Solvent)

 

 유기용매는 리튬염과 마찬가지로 원가비중의 약 30%를 차지하고

염을 녹이기(용해) 위해 사용되는 유기 액체입니다.

단순한 물로는 리튬이온을 녹이는데 적합하지 않기에 염에 따른 다양한 용매를 사용합니다.

 

※ 기본 용매 : EC, PC

※ 보조 용매 : DMC, DEC, EMC

 

배터리에 사용되는 유기용매는 기본적으로 점도가 낮습니다.

만약 점도가 높아 끈적거리게 된다면 리튬이온이 원활하게 이동할 수 없기 때문이죠.

또한 이온화합물을 잘 분리시켜 줄 수 있는 유전율이 높아야 합니다.

 

※ 국내 유기 용매 제조업체 : 롯데케미컬, 그린케미컬

 

하지만, 보통 유전율이 높아지면 극성이 높아지게 되어 점도가 높고(기본 용매)

유전율이 낮으면 점도가 낮기 때문에(보조 용매)

기본용매와 보조용매를 적절히 혼합하여 최적의 유기용매를 만듭니다.

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3. 첨가제

첨가제는 전해액 원가 비중 중 가장 큰 약 40%를 차지하며

양극 또는 음극 표면에 보호막을 형성하는 역할을 합니다.

 

또한, 첨가제를 넣음으로써 리튬이온의 이동을 도와주고 

배터리 안정성을 개선하고 성능을 향상합니다!

이 첨가제 역시 배터리 종류와 성능에 따라 최적의 첨가제를 투여합니다.

(P, B, D, F 전해질 등)

 

염과 유기용매에 비해 상대적으로 소량의 양(약 1~5%)이 들어가지만

무엇을 넣느냐에 따라 화학적, 열적, 점도 등 다양한 특성들을

조절하여 안정성을 향상하는 물질입니다.

 

이러한 3요소를 적절히 혼합한 배터리 전해액은

배터리의 양극, 음극, 분리막의 조립이 다 끝나면 마지막에 주입되는 소재입니다.

전해액이 잘못된다면, 앞에 있던 모든 공정들이 물거품이 되는 것이니

전해액 운송에 있어서도 엄격한 규정으로 안전하게 운반되죠.

 

오늘은 배터리 4대 구조의 마지막 전해액에 대해서 알아보았습니다.

 

이상 흥. 재. 과. 였습니다!