미리보기
이차전지(Secondary Battery) : 충방전 가능한 배터리 > 구성 : 집전체, 활물질, 도전재, 바인더, 용매
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집전체(전극) : '모을 집(集) ', '전기 전(電) ', '몸 체(體)' > 역할 : 전자 모집 or 공급
* 원재료 : 알루미늄(양극), 구리(음극)
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활물질(Active material) : 전기화학반응 참여 > 종류 : 얌극재(NCMA), 음극재(흑연,인조흑연,실리콘)
* 양극재 : 에너지밀도, 전압 결정
* 음극재 : 충전, 수명 결정
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도전재 : '인도할 도(導)', '전기 전(電)', '재료 재((材)' > 역할 : 전자 인도 from 활물질 to 집전체(전극)
* 원재료 : 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT)
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바인더(Binder) : 묶음(활물질+도전재) on 전극
* 원재료 : PVDF(양극용), SBR(음극용)
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용매(Solvent) : '녹일 용(溶)', '중매 매(媒)' > 역할 : 바인더 용해 for 바인더 기능
* 원재료 : NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone, 메탈피로리돈)
1. 이차전지 : 충방전 가능
이차전지는 일차전지와는 다르게 '충방전'이 가능하기 때문에 2차전지라는 이름이 붙었어요. 내부 내용물도 다른데요. 대표적으로 '집전체, 활물질, 도전재, 바인더, 용매'가 있어요(전해액, 분리막 생략).
정리
이차전지(Secondary Battery) : 충방전 가능한 배터리 > 구성 : 집전체, 활물질, 도전재, 바인더, 용매
2. 집전체(전극) : 알루미늄(양극), 구리(음극)
집전체는 '전극(Electrode)'를 의미해요. 전극은 한자로 '전기 전(電) ', '끝 극(極) '이라는 뜻인데요. 이름 그대로, 전기가 흐르는 끝 부분이기 때문에 이러한 이름이 붙었어요. 북극, 남극과 비슷한 개념으로 이해하면 돼요. '집전체'로 해석하면 더욱 쉽습니다. 집전체는 한자로 '모을 집(集) ', '전기 전(電) ', '몸 체(體)'라는 뜻인데요. 뜻 그대로 '전기가 집합된 곳'이라고 이해하면 됩니다. 양극으로는 '알루미늄', 음극으로는 '구리'를 사용해요.
여기서, 알루미늄을 왜 음극으로 사용하지 않느냐는 질문을 할 수가 있어요. 알루미늄, 구리 모두 전기 전도성이 우수하니깐요. 이유는 간단해요. 양극은 전압, 출력이 가해지는 곳이기 때문에 '전위값(Volt)'이 높아요. 그래서, 일정한 산화막을 형성하고 높은 전위에서 안전한 '알루미늄'이 양극으로 사용돼죠. 반면, 충전할 때 음극에서는 리튬이온을 받아야하는 입장인데요. 알루미늄은 리튬이온과 만나면 '합금'을 형성하여 전극 성능저하를 초래해요. 구리는 이에 반응하지않아 안전하죠.
정리
집전체(전극) : '모을 집(集) ', '전기 전(電) ', '몸 체(體)' > 역할 : 전자 모집 or 공급
* 원재료 : 알루미늄(양극), 구리(음극)
3. 활물질 : 양극재, 음극재
전극 스스로는 전기(전자)를 갖고 있지 않아요. 그래서, 전자를 품고 있는 녀석들이 필요한데, 이들을 '활물질'이라고 부릅니다. 우리가 흔히 듣는 '양극재', '음극재'가 여기서 나오는 거에요.
양극재는 +극에 있다고 해서 양극재라고 불러요. 대표적으로 니켈(N), 코발트(C), 망간(M), 알루미늄(A)이 있죠. 양극재에서는 높은 전압으로 에너지밀도, 출력 등을 담당해요. 즉, '전기차가 나가는 힘'이 양극재에서 결정되기 때문에 양극재 원재료가 비싼 것이에요.
음극재는 리튬이온+전자를 품어 '충전'의 역할을 하는 곳이에요. 그래서, 리튬이온을 품을 수 있는 흑연, 인조흑연, 실리콘이 쓰이는 것이죠.
정리
활물질(Active material) : 전기화학반응 참여 > 종류 : 얌극재(NCMA), 음극재(흑연,인조흑연,실리콘)
* 양극재 : 에너지밀도, 전압 결정
* 음극재 : 충전, 수명 결정
4. 도전재 : 카본블랙 or 탄소나노튜브(CNT)
도전재는 한자로 '인도할 도(導)', '전기 전(電)', '재료 재((材)'란 뜻이에요. 뜻 그대로 '전자를 인도하는 재료'라는 의미인데요. 양극재, 음극재 활물질들은 스스로 전자를 전극쪽으로 방출하지 못해요. 전자를 안내해줄 도전재가 필요하죠. 그래서, 전도성이 높은 '탄소(Carbon)'을 원재료로 사용해요. 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT)가 도전재에서 사용되는 이유이죠.
정리
도전재 : '인도할 도(導)', '전기 전(電)', '재료 재((材)' > 역할 : 전자 인도 from 활물질 to 집전체(전극)
* 원재료 : 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT)
5. 바인더(Binder) :
바인더(Binder)는 영어 뜻 그대로 '묶는 것(Binding)'을 의미하는 데요. 즉, 활물질, 도전재가 같이 붙어있도록 묶는데, 전극 바로 옆에 묶습니다. 전자가 전극을 통해 이동하니까 가까이 있으면 유리하죠.
바인더는 '절연체'입니다. 즉, 전기가 통하지 않는 녀석이죠. 양극, 음극에 쓰이는 바인더가 같기도 하고 다른데요. 요즘 추세는 양극쪽으로는 'PVDF(Poly-Vinyli-Dene Fluoride)'에요. 음극쪽으로는 합성고무인 'SBR(Styrene Butadiene Rubber)'이 주로 쓰이고 있어요.
정리
바인더(Binder) : 묶음(활물질+도전재) on 전극
* 원재료 : PVDF(양극용), SBR(음극용)
6. 용매(Solvent) : NMP(바인더 용해)
마지막으로는 '용매(Solvent)'인데요. 용매는 한자로 '녹일 용(溶)', '중매 매(媒)'라는 뜻이에요. 이름 그대로 다른 물질을 '녹이는 기능'을 하는 매체에요. 이차전지에서 대표적으로 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone, 메탈피로리돈)라는 용매가 있는데요. NMP는 '바인더'를 녹이는 역할을 합니다. 바인더는 활물질과 도전재를 묶어서 집전체에 가두어두는 역할을 한다고 했죠. 그럴려면, 바인더가 활물질, 도전재에 잘 퍼지도록 녹여야해요. 이러한 역할을 NMP가 하는 것이죠.
정리
용매(Solvent) : '녹일 용(溶)', '중매 매(媒)' > 역할 : 바인더 용해 for 바인더 기능
* 원재료 : NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone, 메탈피로리돈)
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