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리튬이온과 폴리머 전지의 장단점 비교
관리자 2012-11-23 7229
리튬폴리머 전지는 기존 리튬이온전지의 양극, 전해액, 음극 중 하나에 폴리머 성분을 이용한 것을 말하며
아래의 4종류가 있습니다.
- 폴리머 전해질 전지 진성 폴리머 전해질 전지
- 폴리머 전해질 전지 겔폴리머 전해질 전지
- 폴리머 양극 전지 도전성 고분자 양극전지
- 폴리머 양극 전지 황산 폴리머계 양극전지

현재 양산되는 폴리머전지는 B. 겔(GEL) 폴리머 전해질 전지를 말하며 두 종류로 분류 됩니다.
- 가교 폴리머형(좀더 진정한 의미의 폴리머전지. 고온에서도 안정된 겔 구조 유지 가능)
- 비가교 폴리머형(폴리머사이의 결합이 물리적인 얽힘이거나 약한 수소 결합으로 겔 구조가 붕괴되기 쉬움)

가교 폴리머형는 곤약에, 비가교형 폴리머는 한천에 비유하곤 합니다.
곤약은 끓은 물에 넣어도 아무런 반응도 하지 않고 겔 구조를 유지하지만, 한천은 상온에서는 견고한 겔이
지만 80도씨 이상에서는 녹아버립니다.

비가교형 폴리머가 고온에 쉽게 부풀거나 하는 것이 이런 특성 때문입니다.
리튬폴리머 전지의 공통적인 특징은 얇은 외장재에 있습니다. 실제로 폴리머가 들어가서 내부물질의 무게
는 기존의 리튬이온 전지보다 무겁지만 외장재가 월등히 가벼워서 전체적으로 더 가볍습니다. 그러나 실
제 용량은 리튬이온 보다 훨씬 떨어집니다.

(리튬이온 전지는 부피당 에너지 밀도가 300~350mAh/L, 폴리머전지는 250~300mAh/L 입니다. 같은 외
형크기-부피일때 리튬이온이 훨씬 오래 쓸 수 있습니다.) 그 이유는 폴리머 전지에 첨가된 폴리머 전해질
의 이온전도도가 액체 전해질보다 훨씬 낮고 반응성이 떨어지기 때문입니다.

그래서 폴리머전지는 온도가 낮아지면 반응성이 더 나빠져서 전지로서의 기능을 발휘하지 못합니다. 반대
로 고온에서는 리튬이온 전지에 쓰인 액체 전해질의 이온전도도가 폴리머 전해질 보다 높기 때문에 반응속
도가 빨라져 폴리머 전지가 조금 더 안전하다고 하는 것입니다.

특히 고온에서는(90도씨 이상) 어떤 전지든 내부단락현상이 일어나는데 폴리머전지는 외장재가 약해 보
다 일찍 옆구리가 터져 피식하고 새는식으로 폭발이 일어나지만 리튬이온 전지는 외장재가 두꺼워 견딜수
있는 압력까지 견디다 보다 크게 폭발할 위험이 있습니다.
그러나 모든 출하되는 리튬이온 전지는 고온(90도, 130도 150도)에서의 각종 안전성 Test, 기계적인 충격
에 대한 강도 Test 등이 충분히 검증된 것이므로 안전성에 크게 걱정하실 것은 없습니다. (이런 안전성 관
련 test들은 보호회로 없는 상태에서 통과해야 출하되며, 보호회로를 부착하는 이유는 사용자의 실수등을
대비히기 위한 것입니다. 내부단락이 일어나기 전에 모든 반응을 stop시키며 전지를 보호합니다.)

외장재가 폴리머전지와 같은 얇은 필름 형태이지만 내부물질은 100% 리튬이온 전지와 같은 ABL-type의
전지가 있습니다.(겉모습 때문에 폴리머 전지와 비슷합니다)

이 전지는 폴리머의 안전성에 대한 장점은 전혀 없는 전지 입니다. 다만 외장재가 가볍기 때문에 전체 중
량이 폴리머 보다도 조금 더 가볍습니다. 그러나 반응성이 큰 액체 전해질을 사용한 반면 기존 리튬이온
전지와는 달리 얇은 필름형 외장재를 사용하여 고온에서(자주 상온에서도)의 내부압력을 버티지 못하고
공처럼 부풀다가 leak가 나는 경우가 많으며 사용기기에는 매우 치명적입니다. 따라서 고온에서의 반응성
을 낮추기 위해 끓는 점이 높은 전해질을 사용하기도 하는데 그런 경우 저온에서의 성능이 현격히 떨어지
게 됩니다

<정리하면 리튬이온 전지의 장점은>
1. 고용량/ 고에너지밀도
2. 좋은 저온 성능
3. 외장재의 견고함-기계적 충격 등에 강한 것 이고,

<단점은>
1. 폴리머전지보다 무겁습니다.
2. 금속 외장재의 특성상 일반적으로 4~5mm이하의 박형 얇은 전지와 광면적 전지를 제조하기가 어렵습니다
(그렇지만 파워셀에서는 2~3mm대의 전지를 만들고 있습니다. 또한 PC046067은 광면적 전지 중 거의
유일한 금속 외장재를 사용한 각형 전지 입니다.)

<리튬폴리머 전지는의 장점은>
1. 고온에서의 안전성.
2. 얇은 외장재에 따른 무게의 경량화가 있으며,

<단점으로는>
1. 얇은 외장재 - 기계적 충격에 약합니다.
2. 저온에서 성능이 잘 안나옵니다.
3. 용량/에너지 밀도가 매우 낮다는 것입니다.

ALB-type 전지는 고용량/고에너지 밀도가 장점이지만 단점으로는 안전성이 현격히 떨어집니다. (기계적
인 강도에도 약하며 내부반응에 따른 내부압력에도...)
저온에서의 반응성도 일반 리튬이온 전지보다 떨어집니다
보호회로(PCM)의 기능
전지의 수명(Life cycle)