1.리튬이온전지의 기본원리

◈ 이차전지에서의 양극(Cathode)과 음극(Anode)

일반적으로 전기 분야에서 Cathode는 전자가 흘러 들어가는 음극을 의미한다. 그러나 이차전지에서는 충전과 방전 시 양방향으로 전자가 흐르므로, 별도로 기준을 정하여 리튬이온을 만들어내 는 공급원이 있는 쪽을 양극(Cathode 혹은 양극재)이라 하고, 양극에서 나온 리튬이온 및 전자를 저장하거나 방출하는 저장고를 음극(Anode 혹은 음극재)이라고 칭한다.

◈ 리튬이온전지의 개략 구조는 다음과 같다.

- 양극 활물질로는 리튬산화물을 사용하며 리튬을 많이 포함할수록 배터리의 용량과 전압이 높아진다.
- 음극활물질은 리튬이온을 많이 저장할 수 있는 흑연이 주로 사용된다.
- 전해액은 리튬이온만 쉽게 이동할 수 있는 매개체 역할을 한다.
- 분리막은 이차전지 내부의 양극과 음극을 물리적으로 분리하여 전자는 통과하지 못하게 하고 리튬이온은 많이 통과할 수 있도록 한다.

◈ 이러한 구성 요소별 현재 사용되는 소재 및 대략적인 원가 구성은 다음과 같다.

◈ 이차전지 제조과정

제조과정은 (1)극판공정, (2)조립공정, (3)화성공정으로 구분된다.
- 극판공정은 양극활물질과 음극활물질을 Al 호일과 동박(CUFoil)에 코팅하여 양극재와 음극재를 생산한다.
- 조립공정은 크기에 맞게 슬리팅(절단)된 양극재와 음극재 사이에 분리막을 삽입하고 와인딩하여 Jelly Roll을 만든 후 전해질을 주입하는 공정이다.
- 화성공정은 양극재와 음극재에 전해질이 스며들도록 Aging 및 충·방전을 통해 전류가 자발적으로 흐를 수 있도록 전지를 활성 시킨다.

◈ 이렇게 생산된 리튬이온전지의 형태와 특징은 다음과 같다.

◈ 파우치 형태의 이차전지 외형을 부품 별로 나누면 다음과 같다.

- 관계사인 풍산특수금속은 휴대폰용 이차전지에 들어가는 파우치 소재(4)를 기존 알루미늄호일 보다 안정성이 대폭 향상된 스텐레스 극박판(20μm)을 개발하고 있다.
- 또 다른 관계사인 DAK Korea는 풍산의 신동소재를 사용하여 리드탭(위 그림 중 1+2)을 생산하여, LG에너지솔루션(LG화학에서 분사)등 이차전지 메이커에 공급하고 있다.