리튬이온 배터리 구조, 동작, 노화과정(Lithium ion battery, structure, operation, aging)

 

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리튬이온(Lithium ion battery) 배터리 구조

 

 

 

리튬이온 배터리는 구조와 형태가 다양하지만 기본적인 내부 구조는 위 그림과 같습니다.

 

• 전해액(Electrolyte)
• 양극(Cathode)
• 음극(Anode)

 

 

 

 

리튬이온(Lithium ion battery) 배터리 동작 방법

배터리의 Collector에 전선(Wire)을 연결하면 내부에서 동작(reaction)으로 음극(Anode)에서 전자(electron)와 이온(ion)을 발생합니다.

 

배터리 사용 흐름은 아래와 같습니다.

 

1. 음극에서 전자(Electrons)와 이온(ion) 발생

2. 전자(Electrons)는 Negative collector를 통해 전선으로 이동

3. 전기장치를 거쳐서 Positive collector로 전자들이 이동

4. 양극(Cathode)로 전자 이동

5. 음극에서 생성된 이온들이 전해액을 통해 양극 표면에 붙음

 

 

위 동작에서 특징을 설명 드리면 이온(Ion)은 전해액을 통과 해서 움직일 수 있지만 전자(Electron)은 전해액을 통과하지 못하고 전선을 통해서 이동이 가능 합니다. 

 

 

위의 1~5번 과정을 지속하면 사용할 수 있는 전자와 이온이 고괄 됩니다. 이때 충전(Charging) 과정을 거칩니다. 

 

충전(Charge) 과정은 앞서 방전(Discharge)과정의 반대 동작이라고 생각하시면 됩니다. 양극에 머물던 전자들이 다시 전선을 통해 음극(Anode)로 돌아가고 이온(ion)들은 전해액을 통해 음극(Anode)로 돌아 갑니다.

 

 

 

 

 

 

리튬이온(Lithium ion battery) 배터리 충방전 한계/제한점

 

앞서 충전과 방전의 과정을 살펴 보았습니다. 배터리가 충전과 방전을 반복하면 배터리에 결함(Defect)이 생기기 시작합니다. 결함을 간단하게 얘기하면 전자와 이온의 움직임을 방해해서 더이상 움직이지 않고 고정되게 되는 상태를 말합니다. 

 

해당 결함의 전자, 이온이 많아지만 어느 순간 충전과 방전이 빨라지게 됩니다. 이를 배터리 기능 저하(Battery Degradation)이라고 합니다.