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Battery

2차전지용 전해질 기술 및 시장 전망
  • 발간일 : 2010-10-12
  • 발간주기 : 비정기
  • 페이지 : 100 페이지
  • 가격 : 3,450,000원
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< 리튬이온전지의 구조 및 충전/방전반응 모식도 >

(출처 : J.-M. Tarascon and M. Armand, ‘Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries’, Nature)


이차전지 중의 하나인 화학전지에는 납축전지, 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소전지, 리튬이온전지, 슈퍼커패시터 등이 있다. 1991년 음극에 탄소, 양극에 전이금속 산화물, 전해질로 유기전해액을 사용하는 “리튬이온전지”가 시장에 등장한 이래, 고에너지밀도라는 특징으로 인하여 랩탑, 휴대전화기 등의 모바일 전자기기용 전원에 사용됨에 따라 급속한 휴대전자기기의 보급으로 리튬이온전지 시장 또한 빠르게 성장하여왔다. 또한 시장의 다양화와 함께 전지의 박형화, 대면적화, 안전성 향상의 관점에서 고분자 전해질을 사용하는 리튬이온전지도 실용화되었다. 현재 모바일 IT용 이차전지의 시장점유율이 가장 높은 리튬이온전지에 사용되는 전해액은 전지의 충전반응시 리튬이온을 양극에서 음극으로, 방전 시에는 리튬이온을 음극에서 양극으로 이동시켜주는 매체역할을 한다. 다시 말하면 전지내부에 들어있는 화학물질 (활물질: active material)의 화학에너지를 전기화학적 산화-환원반응에 의해 전기에너지로 변환하는 시스템이다. 이차 전지를 구성하는 양극소재, 음극소재, 전해질, 및 분리막은 4대 핵심 부품소재이며 가격뿐만 아니라 성능 면에서도 이차 전지에서 가장 중요한 역할을 한다. 앞의 그림은 원통형 리튬 이차전지의 구조와 전지내부에서 일어나는 충전 및 방전반응에 대한 모식도이다.
일반적으로 사용되고 있는 유기전해액은 고점도의 환형 카보네이트계 유기용매(ethylene carbonate, propylene carbonate)와 저점도의 사슬형 카보네이트계 유기용매(dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate)의 혼합용매에 일정농도의 리튬염이 용해되어 있는 상태이다.
다음 그림에서 알 수 있듯이 전해질은 용매 내에 양이온과 음이온이 존재하고 여기에 전류를 가하면 이온들이 각각 양극과 음극으로 이동하여 전류흐름을 일으켜서 전구에 불이 들어오게 된다. 비전해질은 아래 그림에서 보여주듯이 용매 내에 이온종이 존재하지 않기 때문에 전류흐름을 유도하지 못한다.

< 전해질과 비전해질의 차이 >

(츌처 : J.E. McMurry and R.C. Fay, Chemstry, 5th edition)

 

액체전해질의 상온 이온전도도는 최고 10-2 S/cm이며, 전해액 자체로는 0 ~ 5V(vs. Li/Li+)의 전기화학적 안정창을 가진다. LiPF6 (lithium hexafluorophosphate)을 포함하는 전해액이 열적 안정성이 낮고 불에 잘 타는 성질이 있음에도 불구하고 대부분의 리튬이온전지에 사용되고 있다. 최근 전지의 안전성을 향상시키기 수단으로 난연성 소재에 대한 관심도가 크게 높아지면서 기존의 유기전해액을 대체하기 위한 연구개발을 활발히 진행하고 있다.
리튬이온전지에 사용되는 전해액에 요구되는 조건은 (1) 이온전도도가 높아야 하고, (2) 전극에 대한 화학적, 전기화학적 안정성이 높아야 하며, (3) 사용가능한 온도범위가 넓고, (4) 열적 안정성이 높으며, (5) 가격이 저렴해야 한다.
전해액은 아래 그림에서 보여주는 것과 같이 원통형 전지 총 재료비의 약 15%를 차지하며 국내 대표기업으로는 파낙스이텍과 테크노세미켐이 있다.

본 리튬이차전지 전해질에 관한 보고서는 전해질에 대한 최근 연구개발 및 업체 동향을 집대성한 결정체이다. 특히, 미래형 전지의 최대 이슈 중 하나인 난연제에 대한 전지업체들의 개발 동향을 담았다. 전해질 제조는 파낙스이텍, 테크노세미켐 등이 활발하게 활동하고 있지만 정작 전해질의 핵심 원료들은 대부분 수입에 의존되고 있는 실정으로 2014년까지의  시장 수요 전망에 대한 내용을 담고 있다. 


< 전해액의 재료비 비율 (원통형 전지) >
 


(출처 : 이차전지발전산업전략, KETI (2009))

 

 

< 전해질 제조업체별 시장점유율 >


(출처 : 솔라앤에너지, ‘리튬이차전지용 전해질 기술 및 시장 전망’ 리포트) 

본 보고서의 Strong Point

-세계 최초의 리튬이온이차전지용 전해질 보고서
-향후 전지의 최대 이슈 중 하나인 난연재료에 대한 최근 동향 수록
-전해질에 관한 모든 기술내용을 담은 전해질의 바이블  

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