8 조 반응공학 Term project 2008034019 박 동 진 2008034121 박 성 수 2008034113 류 지 민 2008034089 엄 기 태.

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1 8 조 반응공학 Term project 2008034019 박 동 진 2008034121 박 성 수 2008034113 류 지 민 2008034089 엄 기 태

2 목 차목 차 앞으로의 전망 관련된 연구 및 특허 리튬 - 이온전지 2 차 전지 조원 역할 및 소개

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4 엄 기 태엄 기 태 박 성 수박 성 수 류 지 민류 지 민

5 1. 2 차 전지란 무엇인가 ? 2. 2 차 전지의 종류와 특성

6 두 그림의 차이는 무엇일까요 ? 1 차 전지와 2 차 전지의 차이를 쉽게 구분하자면 한번 쓰고 버리는 일회용 전지를 1 차 전지라고 말하며 충전해서 사용할 수 있는 전지를 2 차 전지라고 합니다. 일회용 건전지

7 2 차 전지의 종류 1. 에너지 밀도가 우수하다 2. 소형화가 가능하고 가벼워서 자동차 적용 시 유리하다 3. 메모리 효과가 없고 수명이 길다 4. 자기 방전율이 낮다 5. 좋은 저온 성능

8 자기 방전율 ? 자기 방전율 : 사용하지 않고 보관하였을 때 스스로 방전되는 비율 20 ℃에서 리튬폴리머전지 – 자기 방전율이 한달에 약 5% 미만 망간 건전지 - 자기 방전율이 연간 10% 알카리 전지 - 자기 방전율이 연간 5% 리튬 전지 - 자기 방전율이 연간 2% 미만

9 2 차 전지 종류별 특성

10 1. 리튬 - 이온 전지의 원리 2. 리튬 - 이온 전지의 구조 3. 리튬 - 이온전지의 장단점 4. 리튬 - 이온전지 충전방식 5. 생활 속 에 쓰이는 리튬 - 이온전지 6. 세계 리튬 2 차전지 시장 동향

11 리튬 - 이온 전지의 원리

12 리튬 - 이온전지의 구조

13 리튬 - 이온전지의 장단점 장점 1. 높은 에너지밀도 2. 비교적 낮은 자기방전 : 니켈카드뮴, 니켈수소전지 절반 3. 낮은 유지보수 1. 높은 에너지밀도 2. 비교적 낮은 자기방전 : 니켈카드뮴, 니켈수소전지 절반 3. 낮은 유지보수 단점 1. 폭발 가능성 2. 제조비용고가 3. 오래 보관하면 그 충전지의 열화가 빨리 진행된다는 문제점 1. 폭발 가능성 2. 제조비용고가 3. 오래 보관하면 그 충전지의 열화가 빨리 진행된다는 문제점

14 리튬 - 이온전지의 충전방식  리튬이온전지의 충전방식은 정전압, 정전류충전 이 적절하다. 이 방법은 4.1V 또는 4.2V 의 일정전 압에 충전전압을 설정하여 전지전압이 설정전압 에 도달할 때까지는 일정 전류치로 충전하는 방 법이다. 설정전압에 도달한 이후에는 전류치는 자연적으로 감소하여 간다. 3 3 3 3 설정전압

15 생활 속의 리튬 - 이온전지 원통형 전지로서 지금은 잘 사용하지 않지만 기타 전기제품에 들어가는 용도로 사용됩니다. 페달을 밟아서 충전하여 사용하는 자전거 친환경적인 전기 자동차입니다. 전기 자동차는 앞으로 전망되는 분야입니다. 자동차 및 자전거 자동차 및 자전거 건 전 지건 전 지건 전 지건 전 지 핸드폰, 카메라, MP3 핸드폰, 카메라, MP3 리튬 - 이온전지라고 하면 우리가 가장 흔히 알고 사용하는 용도 입니다

16 세계 리튬 2 차전지 시장 동향 39.9% 40.9% 48.9% 53.3% 리튬이차전지 비중 % 2008 년 2010 년 2012 년 2015 년

17 리튬 - 이온전지 세계시장 A B C D E 27%17%16%7%17% A. 산요 E. 기타 C.SONY D.LG 화학 B. 삼성 SDI

18 1. 리튬이온 이차전지용 세페레이터로서 부직포 연구 경향 – 출처 : NICE, 제 26 권 제 3 호, 2008 2. 폐기되는 리튬 - 이온 전지들을 이용한 코발트 회수 – 출처 : 공개특허 특 2003-0073820 3. 리튬 - 이온전지 전해질로서의 이온성 액체 – 출처 : NICE, 제 28 권 제 2 호, 2010

19 1. 리튬이온 이차전지용 세퍼레이 터로서 부직포 연구 경향

20 리튬 - 이온 이차전지용 세퍼레이터로서 부직포 연구 경향 세퍼레이터의 기능 양극과 음극을 격리시키는 역할. 주로, 분리막의 기능 요새는 전지의 안정성을 견인하는 장치로서 그 역할이 크게 강조되고 있다

21 니켈수소 이차전지와 리튬이온 이차전지용 세퍼레이트 비 교

22 리튬 - 이온 이차전지용 세퍼레이터로서 부직포 연구 경향 현재의 세퍼레이터 부 직 포부 직 포 부 직 포부 직 포 전기방사에 의한 폴리이미드 부직포 세퍼레이터 4-methyl-1-pentene 공중합체 부직포 세퍼레이터 리튬 - 이온 전지는 에너지 밀도가 높아 크기가 작은 전자제품에 들어가기 때문에 세퍼레이터를 만드는 데 상당한 가격 비중을 차지한다.( 약 25%) 미다공질 박막 유리섬유 / 폴리올레핀 미다공막 복합세퍼레이터

23 부직포를 이용한 세퍼레이터 연구 경향 리튬이온 이차전지의 폴리올레핀 미다공질막은 shutdown 후 고온에서 형체유지가 요구되고 있지만 폴리올레핀은 고온에서 용융된 후의 형체가 유지가 어려워 이를 해결하기 위한 방법으로 고안되었다 전기방사에 의해 제조되는 극세섬유를 이용하여 부직포를 제조할 경우, 리튬이온 전지에서 요구되는 박막의 부직포를 제조할 수 있으나, 기계적 강도가 약하기 때문에 아직 실용화에 이르지 못하고 있다. 전지 온도가 크게 상승하여 폴리올레핀의 미다공막이 수축되어도 유리 섬유층은 수축되지 않기 때문에 단락을 방지시킬 수 있으며, 극세 유리 섬유층이 전해역 함침을 향상시켜 리튬이온 전지의 출력 특성 향상도 구현시킬 수 있다고 한다. 전기방사에 의한 폴리이미드 부직포 세퍼레이터 전기방사에 의한 폴리이미드 부직포 세퍼레이터 4-methyl-1-penten 공중합체 부직포 세퍼레이터 유리섬유 / 폴리올레핀 미다공막 복합세퍼레이터 유리섬유 / 폴리올레핀 미다공막 복합세퍼레이터

24 2. 폐기되는 리튬 - 이온 전지들을 이용한 코발트 회수

25 폐기되는 리튬 - 이온 전지들을 이용한 코발트 회 수 사용된 후 폐기되는 리튬이온 전지들은 환경오염에 큰 영향을 미치고 있으며, 또한 리튬이온 이차전지 생산과정에서 규격에 맞지 않는 불량품이나 스크랩을 포함한 불량품들이 발생하게 되는데, 상기 불량품들의 폐기과정 또한 환경오염에 많은 영향을 미치고 있다. 리튬 - 이온전지에 사용되는 코발트는 매우 고가이므로 폐 리튬전지를 그대로 폐기할 경우 자원의 낭비와 환경오염의 심화를 초래하게 된다.

26 특허 : 폐기되는 리튬 - 이온 전지들을 이용한 코발트 회수 폐전극으로부터 얻어진 LiCoO 2 분체를 과산화수소가 첨가된 무기산에 투입하여 용해시킨 다음 여과하고, 상기 여과액을 전기분해하여 음극에 전착되는 코발트 금속을 회수하게 된다. 과산화수소를 넣고 안 넣고에 따라 코발트의 수율이 상반된다.

27 3. 리튬 - 이온전지 전해질로서의 이온성 액체 이온성 액체 이온성 액체란 이온만으로 구성되는 액체 상태의 염을 의미하며, 특히 상온에서 액체 상태로 존재하는 염을 상온 이온성 액체 (room temperature ionicliquid, RTIL) 라 한다.

28 리튬 - 이온전지 전해질로서의 이온성 액 체

29 이온성 액체의 특징 넓은 온도 영역에서 액체이고, 증기압이 낮다 넓은 온도 영역에서 액체이고, 증기압이 낮다 1. 1 난연성이며, 내열특성이 우수하다 2. 2 화학적으로 안정하다 3. 3 극성 및 이온 전도도가 높다 4. 4

30 이온성 액체의 구조 [ 그림 ] 에 나타난 바와 같이 양이온은 N, P, S 등을 중심 원소로 하는 피리디늄 (pyridinium), 이미다졸륨 (i midazolium), 피롤리디늄 (pyrrolidi nium), 암모늄 (ammonium), 포스포늄 (phosphonium), 설포늄 (sulphonium) 등 매우 다양한 구조를 갖는다. 따라서 이온성 액체를 구성하는 이들의 무한 조합에 의한 구조 설계 및 기능 제어가 가능하다. 이온들의 구조를 변화시킴으로써 다양한 특성을 갖는 이온성 액체를 얻을 수 있어, 이들의 무한 조합에 의한 구조 설계 및 기능 제어가 가능하다.

31 앞으로의 전망 리튬 - 이온전지 리튬 - 폴리머 전지 리튬 이온전지 (Lithium-ion Battery) 리튬 이온 폴리머전지 (Lithium-ion Polymer Battery) 리튬 금속 폴리머전지 (Lithium Metal Polymer Battery) 음극탄소 리튬 전해질액체전해질고분자전해질 양극금속산화물 (LiCoO ₂ LiNiO ₂, LiMn ₂ O ₄ ) 금속산화물, 유기설퍼, 전도성 고분자 평균전압 3.7V 2.0~3.6V 에너지밀도 high very high 싸이클특성 excellentgoodpoor 저온특성 goodmediumpoor 안정성 poormediumgood 셀디자인의 자유도 poorgood

32 앞으로의 전망

33 리튬 - 이온 전지를 오래 쓰기 위한 TIP! 1. 배터리를 실온으로 유지 섭씨 20 도에서 25 도 사이를 의미하며 기온이 높은 경우에는 모바일 기기를 차 안에서 충전하지 않는 것이 좋다. 발열은 리튬 이온 배터리 수명 감소 원인 중 가장 큰 요인이다. 2. 예비 배터리를 휴대하는 것보다 더 큰 대용량 리튬 이온 배터리 사용을 고려 배터리는 현재 사용 여부에 관계없이 시간이 지나면 열화한다. 따라서 예비 배터리로 사용할 배터리를 오래 보관하는 것은 좋은 방법이 아니다. 3. ( 일반적인 경우 ) 완전 방전을 피하고 부분 방전이 되도록 한다 니켈 배터리와는 달리 리튬 이온전지는 메모리 효과 (a charge memory) 는 없다. 이것은 deep-discharge cycles 이 필요하지 않다는 것을 의미하고있다. 오히려, 부분 방전 사이클 (partial-discharge cycles) 이 배터리에 좋다.

34 리튬 - 이온 전지를 오래 쓰기 위한 TIP! 4. 리튬 이온 배터리를 완전히 방전시키는 것을 방지 리튬 이온 배터리가 셀당 2.5 볼트 미만까지 방전되면 보호 회로가 작동하여 배터리는 죽게 된다. 이렇게되면 일반 충전기를 사용할 수 없게된다 또한 안전상의 이유로, 완전 방전 상태로 수개월 동안 보관되었던 리튬 이온 배터리는 재충전해서는 안된다. 5. 장기간 보관을 요하는 경우에는 배터리를 약 40 % 까지 방전 상태에서 온도가 낮은 장소에 보관 리튬 이온 배터리를 보관하는 경우는 40 % 까지 방전시켜, 냉장고 ( 냉동고가 아닌 ) 에 넣어 두는 것이 좋다.

35 출처  http://blog.daum.net/autonics/11313036  http://www.lgbattery.com/  http://www.betanews.net/bbs/read.html?&mkind=181&page=23&num=318919  http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=behappydw&logNo=115422348  http://cafe.naver.com/sdiecoenergy  http://k.daum.net/qna/view.html?qid=3FuY0  http://www.kps.or.kr/~pht/8-4/15.html  http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=behappydw&logNo=114551121&redirec t=Dlog&widgetTypeCall=true  http://blog.naver.com/sdibattery/60108542822 http://blog.naver.com/sdibattery/60108542822  http://blog.naver.com/behappydw http://blog.naver.com/behappydw  http://blog.daum.net/autonics/11313036 http://blog.daum.net/autonics/11313036  http://blog.naver.com/choi9378?Redirect=Log&logNo=80032001620 http://blog.naver.com/choi9378?Redirect=Log&logNo=80032001620  http://www.leaderyou.co.kr/748 http://www.leaderyou.co.kr/748  http://cafe.naver.com/gmakorea.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid =4385

36 출처  http://www.leaderyou.co.kr/748  http://www.5282.com/  http://yuowner.blog.me/10094641889  http://www.youtube.com/watch?v=jOKEhbW4ozU  http://www.gajin.co.kr/  http://www.ipetatech.com/  http://www.neonix.co.kr/  http://www.ecoenergyholdings.com/  http://blog.naver.com/sdibattery/  http://blog.naver.com/isozero?Redirect=Log&logNo=30096232488  http://cafe.naver.com/okmaster.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticl eid=4474  http://www.sblimotive.co.kr/kr/home.html  http://www.powercellkorea.com/  http://www.cellcomkorea.com  http://blog.naver.com/behappydw?Redirect=Log&logNo=115422348

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