리튬 이온과 리튬 폴리머 배터리의 차이점

리튬 이온 폴리머(리포)배터리(리튬 폴리,리튬 폴리,플리 온 및 기타 이름이라고도 함)는 기존의 리튬 이온 배터리에 사용되는 액체 전해질에 폴리머 전해질이 포함 된 충전식 리튬 이온 배터리입니다. 사용 가능한 다양한 리포 화학 물질이 있습니다. 모두 전해질로 높은 전도성 겔 폴리머를 사용합니다. 리포 다른 리튬 배터리보다 더 높은 비 에너지를 제공하며,모바일 장치,무인 항공기 및 일부 전기 자동차와 같이 무게가 중요한 요소 인 시스템에서 자주 사용됩니다. 이 자주 묻는 질문은 리튬 이온 및 사러 배터리의 높은 수준의 비교로 시작,사러 배터리에 사용하기에 가장 적합한 여섯 가지 기본 리튬 배터리 화학에 대한 자세한 살펴 다음. 그것은 미래를 바라보고 알루미늄-공기 폴리머 배터리 및 고체 배터리의 가능한 개발로 닫힙니다.

모든 리튬 전지는 양극과 음극을 분리하는 방벽을 포함하는 동시에 전극들 사이의 이온의 이동을 가능하게 한다. 리포에서,중합체 분리기는 또한 전해질을 함유한다. 또한 폴리머 분리기는 충전 또는 방전 중에 너무 뜨거워지면 배터리를 종료 할 수있는”셧다운 분리기”역할을하는 추가 기능을 제공 할 수 있습니다. 셧다운 분리기는 온도가 너무 높게 상승할 때 전류 흐름을 멈출 수 있는 적어도 하나의 폴리에틸렌 층과 분리기에 대한 기계적 지지체의 형태로 작용하는 적어도 하나의 폴리프로필렌 층을 갖는 다층 구조이다.

양극과 음극에서 리튬 이온의 인터 칼 레이션 및 디 칼 레이션. 폴리머 세퍼레이터를 제외하고 리포 는 리튬 이온과 동일한 원리로 작동합니다. 그러나,그들은 아주 다른 방법으로 포장됩니다.

리튬 이온은 일반적으로 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 케이스에 전달됩니다. 케이스는 대부분 원통형이지만 버튼 모양 또는 직사각형(프리즘 형)일 수 있습니다. 이 케이스는 상대적으로 생산 비용이 많이 들고 사용 가능한 크기와 모양을 제한하는 경향이 있습니다. 그러나 그것은 또한 튼튼하,손상에서 건전지를 보호하는 것을 돕. 케이스는 레이저 용접 공정을 사용하여 밀봉됩니다.

리튬 이온 배터리 구조는 많은 수의 구성 요소로 상대적으로 복잡합니다. (이미지:테크시 리서치)

리포 스는 알루미늄 호일”파우치”에 포장되어 있으며 소프트 또는 파우치 셀이라고합니다. 이 파우치는 대부분 프리즘 형이며 제작하기 쉽고 리튬 이온의 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 케이스보다 비용이 저렴합니다. 건축의 이 유형은 또한 다양한 주문 윤곽을 가진 건전지의 생산을 가능하게 합니다. 리포 스의 다른 구성 요소는 상대적으로 저렴한 비용으로 대량 생산 될 수있는 웨이퍼-얇은 층(<100,000,000)을 포함한다. 호일 파우치를 금속으로 대체하면 높은 에너지 밀도 및 경량 배터리가 발생할 수 있습니다. 대형 형식과 1 밀리미터 미만의 높이 모두 달성 할 수 있지만 셀은 신중한 기계적 취급이 필요합니다.

리튬 폴리머 배터리 파우치 건설. (이미지:야 우치)

리포 스의 사용은 과충전,과방 전,과열 작동 및 내부 단락을 포함하여 리튬 이온 사용자가 직면해야하는 많은 과제에 직면하게됩니다. 또한,리포 파우치의 분쇄 또는 손톱 침투는 파우치 파열에서 전해질 누출 및 화재에 이르는 치명적인 실패를 초래할 수 있습니다.

리튬 이온과 마찬가지로 리포 스는 전해질의 기화로 인해 높은 수준의 과충전으로 팽창 할 수 있습니다. 전해질의 기화는 박리를 유발하여 셀의 내부 층 사이에 나쁜 접촉을 유발하여 신뢰성과 사이클 수명을 감소시킬 수 있습니다. 이 확장은 문자 그대로 팽창 할 수있는 리포에 특히 두드러 질 수 있습니다. 또한 호스트 시스템에 구조적 손상을 일으킬 수 있습니다.

아래 표는 6 가지 기본 리튬 배터리 화학 물질의 전압과 일반적인 응용 분야를 비교합니다. 이러한 배터리의 다른 특성은 다음과 같습니다:그러나 상대적으로 짧은 수명,낮은 전력 등급 및 낮은 열 안정성의 트레이드 오프와 함께 높은 전력을 제공합니다.

리튬 배터리 전압 및 응용 프로그램의 비교. (이미지: 테크씨 리서치)

이 배터리는 높은 전력 성능을 제공하는 데 도움이 되는 코발트가 포함되어 있습니다. 그들은 작은 패키지에 많은 양의 전력을 제공 할 수 있지만 안전 문제를 일으킬 수있는 열 이벤트에 더 취약 할 수 있습니다.

다음 그림은 전기 자동차(전기 자동차)에 사용하기 위한 적합성에 따라 리튬 배터리의 기본 유형을 비교하는 스파이더 다이어그램을 포함합니다. 이 거미 다이어그램에서 전기 자동차에 더 적합한 배터리는 더 큰 색 영역을 가지고 있습니다. 고려되는 요소는 특정 에너지,특정 전력,안전,성능,수명 및 비용입니다. 특정 에너지는 전기차 범위와 관련이 있습니다. 특정 전력…에 승/킬로그램 전기 자동차 가속과 관련이 있습니다. 특히 전기차의 경우 안전은 중요한 고려 사항입니다. 성능 매개변수는 극단적인 온도 조건,또한 자동 신청에 있는 중요한 고려사항에서 사용되는 건전지의 기능을 반영합니다. 수명은 주기 생활과 근속기간의 조합입니다. 비용은 열 관리,안전,배터리 관리 및 모니터링을 위한 보조 시스템과 전기 자동차의 연장 보증 기간의 필요성을 포함하여 모든 관련 비용을 포착하려고 시도합니다.

다양한 리튬 이온 화학에 대한 성능 비교 전기 자동차에서의 사용에 대한 적합성을 측정합니다. (이미지:)

고분자 전해질은 고에너지 밀도 및 경량 배터리를 포함한 여러 성능 향상을 가져옵니다. 중합체 층의 구조에 따라서,그것은 또한 건전지 안전을 강화할 수 있습니다. 기존의 리튬 이온 배터리와 비교할 때,리포 배터리는 더 넓은 범위의 특정 에너지 밀도(ㅁ/킬로그램)및 특정 전력 밀도로 제조 될 수 있으므로 더 넓은 범위의 잠재적 응용 분야에서 리포 배터리를보다 유연하게 만들 수 있습니다. 그 결과,리포 기술은 모든 주요 리튬 배터리 화학에서 사용됩니다:(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1)리튬-이온 망간 산화물 전지(1))

리튬 이온,리포(플라이온)및 기타 충전식 배터리를 비교하는 라고 네 플롯. (이미지:)

알루미늄-공기 및 고체 폴리머 배터리

알루미늄-공기 폴리머 배터리가 활발히 개발 중입니다. 이 고에너지 조밀도 디자인에는 음극에서 그것을 분리하기 위하여 리튬 양극과 직접 접촉된 중합체 분리기가 있습니다. 다른 중합체 건전지에서 것과 같이,분리기는 단락시키기에서 건전지를 방지하고 이온 수송을 지원하고 전기 회로를 완료하기 위하여 액체 전해질을 흡수합니다.

불행하게도,리튬 애노드는 배터리 사이클링 동안 수상 돌기를 형성할 수 있다. 이 수상 돌기는 폴리머 분리기를 관통하여 배터리를 단축시킬 수 있습니다. 그래 핀 산화물 층을 포함하는 수정 된 분리기가 개발 중입니다. 산화 그래 핀은 양극을 오염으로부터 보호하고 리튬 양극 표면의 화학적 변동을 방지합니다. 산화 그래 핀은 폴리머 층과 함께 작동하여 이온 전도도를 크게 감소시키지 않고 전해질과 리튬 양극 사이의 직접 접촉을 중지합니다. 이 결합 된 구조는 양극의 전해질 부식을 느리게합니다. 앞으로 리튬 애노드를 안정화시키기 위해 두 가지 유형의 층을 사용하면 합리적인 사이클 수명을 가진 매우 높은 에너지 밀도 배터리를 얻을 것으로 기대됩니다.

오늘날의 겔화된 막 대신에 진정한 고체 고분자 전해질을 가진 세포도 개발 중에 있다. 오늘날의 리포 셀은 기존의 리튬 이온과 완전히 고체 상태의 리튬 이온 배터리 사이의’하이브리드’시스템으로 간주됩니다. 겔화된 막은 액체 단계가 중합체 모체 안에 포함되는 잡종 시스템입니다. 그들은 촉감이 건조하다고 느낄 수 있지만 최대 50%의 액체 용제를 함유 할 수 있습니다. 오늘날의 시스템은 고분자 재료,액체 용매 및 소금을 결합한 하이브리드 고분자 전해질 시스템이라고도합니다. 폴리머매질로서 완전히 용매가 없는 시스템이 개발 중입니다.

새로운 고체 구조는 또한 리튬 이온과 같은 액체 기반 배터리 화학과 호환되지 않는 저비용 및 고 비 에너지 변환 유형 음극을 사용할 수 있습니다. 1 개의 보기는 리튬 니켈 망간 코발트 산화물을 포함하여 공업 표준과 상업적으로 성숙한 음극과 한 쌍이 된 양극에 있는 높 내용 실리콘 그리고 리튬 금속을 지원하는 소유 황하물 단단한 전해질입니다(나노). 새로운 음극은 리튬 금속과 결합하여 코발트 및 니켈을 제거 할 수 있으며 음극 활성 물질 비용을 90%까지 줄일 수 있습니다.

고체 배터리 개발 로드맵은 음극(맨 오른쪽)에서 코발트와 니켈을 제거합니다. (이미지:솔리드 파워)

고체 전지는 산업 표준 리튬 이온 장비 및 프로세스를 사용하여 2 에이터를 제공하여 생산되었습니다. 2021 년 말에는 2022 년에 100 에이터가 뒤따를 것으로 예상된다.

요약

리포 스는 더 높은 에너지 밀도와 가벼운 무게의 배터리를 포함하여 리튬 이온에 비해 몇 가지 성능 향상을 제공합니다. 또한 리포 스는 더 다양한 모양과 크기로 생산 될 수 있습니다. 그러나 오늘날의 리포 스는 완전히 고체 인 고분자 전해질이 아닌 겔화 막을 사용합니다. 또한,특정 애플리케이션에서 리포스의 성능 이점을 확장할 수 있습니다. 알루미늄 공기 중합체 건전지는 아주 고에너지 조밀도를 위한 잠재력(전기 자동차를 위한 더 긴 범위의 결과로)및 좋은 주기 생활을 제안합니다. 완전히 고체 상태의 대형 리튬 배터리는 2021 년 이후 지평선에 있습니다.

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