리튬 폴리머 배터리의 작동 원리와 구성을 알고 계십니까?

리튬 폴리머 배터리는 우리가 매일 사용하는 가장 일반적인 배터리 기술입니다. 그런데 리튬 폴리머 배터리의 작동 원리와 구성을 알고 계십니까?

리튬 폴리머 배터리의 작동 및 구성 원리는 리튬 이온 배터리와 동일합니다. 이 배터리는 양극재에서 음극재로 리튬 이온이 탈리되고 삽입되는 원리로 작동합니다. 먼저 리튬 폴리머 배터리 생산 공정을 살펴보겠습니다.

샌드위치형 셀(그림 2)은 흑연 전극(음극), 리튬 금속 산화물 전극(양극) 및 분리막 층으로 구성됩니다. 리튬 금속 산화물은 망간, 니켈 또는 코발트 산화물 화합물 또는 이들의 혼합물을 기반으로 합니다.

전압 수준이 낮은 특정 셀에서는 인산철이 리튬-인산철 셀 형태의 대안으로 사용됩니다. 구성은 배터리 특성에 영향을 미치며 제조업체와 품질 등급에 따라 다릅니다.

그림 2. 리튬 이온 전지의 기본 구성. 도표: © 지겐 대학교

리튬 폴리머 배터리를 다른 유형의 셀과 구별하는 중요한 기준:

oLi-이온 셀에는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄으로 된 고정 하우징이 있습니다. 하우징은 일반적으로 원통형 형태('원형 셀')입니다. 그러나 직사각형 모양도 사용할 수 있습니다.

단점: 하우징 제조를 위한 상대적으로 높은 도구 비용; 제한된 크기.

장점: 견고하고 기계적으로 강한 하우징으로 인해 배터리가 손상되기 어렵습니다. 레이저 용접 공정으로 셀을 밀봉합니다.

소프트 셀 또는 파우치 셀이라고도 알려진 리튬 폴리머 셀은 깊이 가공된 알루미늄 호일로 만든 파우치와 같은 얇고 다소 '부드러운' 하우징을 가지고 있습니다. 주로 각형 하우징은 리튬 이온 전지의 하드 케이스보다 더 쉽고 저렴하게 생산할 수 있습니다. 웨이퍼 박층 포일(< 100μm)의 다른 구성 요소도 상대적으로 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있습니다.

셀은 가볍고 얇으며 다양한 모양과 크기로 만들 수 있습니다. 1mm 미만의 대형 포맷과 높이를 모두 달성할 수 있습니다. 그러나 셀은 주의 깊은 기계적 취급이 필요합니다.

하우징 포일은 양면이 플라스틱으로 코팅되어 있습니다. 내부: 폴리올레핀, 셀 구성 요소에 대한 내성. 외부: 외부 환경에 강한 폴리아미드. 이 방수 라미네이트는 용접되어 음극, 양극 및 분리막으로 구성된 셀을 둘러쌉니다.

테라스 부분의 디플렉터 실행이 중요한 포인트였습니다. 디플렉터에 용접된 추가 포일은 '하우징' 용접 영역의 밀봉을 증가시킵니다.

o 전극 세트: 리튬 폴리머 배터리에서 전극 세트는 금속 기판에 붙여진 탄소 기반 물질(흑연+첨가제)로 구성됩니다. 음극은 3차원 리튬화 코발트 산화물 또는 니켈/망간/코발트(NMC) 혼합 산화물로 구성되며 역시 금속 기판에 붙여져 있습니다. 두 전극 모두에 디플렉터가 있습니다. 이는 일반적으로 3층 폴리올레핀인 분리막과 함께 코어 주위에 감겨 있습니다. 코어는 일반적으로 직사각형 권선을 생성하기 위해 평평한 핀으로 구성됩니다. 권선은 파우치 포일의 바닥에 위치하며 부분적으로 접혀 권선 위에 놓입니다. 씰은 호일을 용접하여 생성됩니다.

o 디자인: 견고한 강철 하우징이 없고 컴팩트한 구조로 인해 크기와 형식이 거의 무제한이라는 장점이 있습니다. 특히, 매우 평평한 셀을 설계할 수 있다는 점은 리튬 폴리머 배터리 기술을 차별화합니다. 이러한 배터리는 1mm보다 얇을 수 있습니다.

이는 최종 제품에 상당한 설계 자유를 제공합니다. 작은 배치 크기에서도 개별 치수를 실현할 수 있으며 배터리용으로 예약된 공간을 최대한 활용할 수 있습니다.

o 에너지 밀도: 이 셀의 에너지 밀도는 다른 유형의 셀보다 높습니다. 전체 무게에 비해 리튬 폴리머 셀은 리튬 이온 셀보다 에너지 밀도가 약간 더 높습니다. 리튬 이온 배터리와 마찬가지로 쉽게 병렬로 연결하여 더 높은 용량을 허용할 수 있습니다.

o 자체 방전: LiPo 셀의 또 다른 장점은 상대적으로 낮은 자체 방전율입니다.

그럼에도 불구하고 과충전, 과방전 및 극한의 온도로부터 보호해야 합니다.

o 승인: 시장에 리튬 폴리머 전지가 확산되면서 이 기술의 장점과 수용이 확인되었습니다. 시중에 나와 있는 셀 중 다수가 인증을 받았습니다. 특정 셀을 사용하기 전에 승인 여부와 제조업체가 생산에 필요한 도구를 보유하고 있는지 확인해야 합니다.

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