리튬이온 배터리용 正極材料의 技術動向
Technology Trends of Cathode Active Materials for Lithium Ion Battery
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리튬이온전지의 대형화와 범용화에 따라 경제성과 안정성 관점에서 정극재료의 개발은 중요한 과제로 대두되고 있다. 18650 원통형 전지의 에너지 밀도는 발매 초기인 1991년 230Wh/l에서 2005년 2배 이상의 500Wh/l로 증가하였으며, 제품 대부분의 에너지용량은 450~500 Wh/l, 150~190Wh/kg이고 안전성, 제조비 절감 및 장 수명을 중점적으로 개발하고 있다. LiCoO_2 정극활물질 중의Co가 고가이므로 Co 사용량을 줄이면서 에너지 용량을 향상시키기 위하여 LiMn_2O_4, LiCo_1/3 Ni_1/3 Mn_1/3 O_2, LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O_2,LiFePO_4-C복합체 (167 mA/g)등이 개발되고 있다. 전동자전거용 전지는 출력밀도 500 Wh/kg, 전동공구용 1,500Wh/kg, EV나 PHEV 용으로는 4,000~5,000Wh/kg의 대용량 출력밀도를 요구하고 있으므로 배터리 소재의 성능을 향상시키려고 많은 연구가 진행되고있다. 최근 Graphene-sulfur 복합체정극활물질 600 Ah/kg, 2차전지용 분자클러스터(molecular cluster) 320 Ah/kg 등의 새로운 정극활물질이 연구 개발되고 있으므로 실용화가 기대된다. .
Abstract
With the increasing size and universalization of lithium-ion batteries, the development of cathode materials has emerged as a critical issue. The energy density of 18650 cylindrical batteries had more than doubled from 230 Wh/l in 1991 to 500 Wh/l in 2005. The energy capacity of most products ranges from 450 to 500Wh/l or from 150 to 190 Wh/kg. Product developments are focusing on high capacity, safety, saved production cost, and long life. As Co is expensive among the cathode active materials LiCoO_2, to increase energy capacity while decreasing the use of Co, composites such as LiMn_2O_4, LiCo_1/3 Ni_1/3 Mn_1/3 O_2,LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O_2, and LiFePO_4-C (167 mA/g) are being developed. Furthermore, many studies are being conducted to improve the performance of battery materials to meet the requirement of large capacity output density such as 500Wh/kg for electric bicycles, 1,500Wh/kg for electric tools, and 4,000~5,000Wh/kg for EV and PHEV. As new cathodes active materials with high energy capacity such as graphene-sulfur composite cathode materials with 600 Ah/kg and the molecular cluster for secondary battery with 320 Ah/kg are being developed these days, their commercializations are highly anticipated.
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