일차전지 이차전지 차이 및 종류 특징 알아보자

전기차 보급의 확대로 이차전지 관련주들의 열기가 뜨겁다.이차전지는 리튬의 이온화작용으로 충전과 방전을 반복하여 오래 사용할 수 있는 전지인데 그렇다면 일차전지는 무엇일까? 오늘은 일차전지 이차전지 차이와 종류 및 특징에 대해 알아보자.

일차전지 종류 특징

일차전지는 우리가 흔히 알고 있는 건전지를 말한다. 리모콘이나 마우스,각종 장난감에 들어가는 그 1차전지. 마트나 다이소에서 쉽게 구입할 수 있고 다 사용하면 버리게 되는 그 소형 알카라인 건전지말이다.충전을 할 수 없고 1회만 사용 가능하다.

흔히 알고 있는 건전지는 <일반전지>로 분류되고, 극저, 극상의 흑한의 환경에서도 일정한 에너지를 공급하는 <특수전지>로 뷴류된다.특수전지의 방전율은 연간 1%로 10년이상 사용할 수 있는 특징이 있다.각 가정집에 보면수도요금이나 전기요금을 측정하는 계량기가 있을것이다. 그것을 스마트미터기라고 하는데 그런곳에 일차전지가 사용된다.

우리나라의 1등 일차전지 기업은 비츠로셀이다.1991년 양산 시작후 국내 1위자리를 굳건히 지키고 있으며 프랑스의 사프트,이스라엘의 타디탄에 이어 세계3위에 해당하는 아주 크고 건실한 기업으로 손꼽힌다.

이차전지 특징

이차전지는 일차전지와는 다르게 충전을 하여 재사용할 수 있는 전지다.스마트폰의 배터리를 생각하면 된다.충전해서 사용하다가 방전되면 충전해서 또 사용하고 방전되면 또 충전해서 사용하고.. 이렇게 충방전을 반복하는전지로 리튬이온배터리라 말할 수 있다.리튬은 전자를 내주고 이온화되는 금속으로 이온화 정도가 가장 강한 금속으로 2차전지의 필수재료 중 하나이다.

이차전지는 양극,음극,전해액,분리막으로 구성된다.

1. 양극:리튬이온 소스로 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하고 리튬 비중이 높을 수록 용량이 증가한다.배터리 원가의 약 40%를 차지한다.
2. 음극:양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 한다.주로 흑연이 사용되는데 최근에는 리튬을 더 많이 저장할 수 잇는 실리콘이 주목받고 있다.배터리 원가의 15%정도 차지하며 배터리의 수명을 결정한다.
3. 전해액:리튬이온이 원활하게 이동할 수 있게 돕는 매채체 역할로 배터리 기능의 성능을 향상시킨다. 배터리 원가의 약 10% 정도다
4. 분리막:양극과 음극의 접촉을 차단하는 아주 얇은 막으로 전기절연성과 열안정성이 요구되는 핵심소재다.왜냐하면 양극과 음극이 닿으면 화재가 발생할 수 있기 때문이다. 배터리 원가의 약 15% 정도이고 미세한 구멍이 있어 리튬이온이 통과할 수 있다.

리튬이온이 양극에 있으면 방전된 상태이고 충전기를 꼽이면 리튬이 양극에서 음극으로 이동하면서 충전된다. 리튬이온이 음극으로 모두 이동한 상태가 완충되었다고 보면 된다. 충전기를 빼면 리튬이온이 음극에서 양극으로 이동하면서 전류가 발생되어 전자기기를 사용할 수 있게 되는 원리다.

스마트폰에 이어 요즘은 자동차에도 이차전지가 사용되어 많은 연구개발이 이루어지는데 현재 이차전지 종류는 각형,파우치형,원통형 세가지 종류가 있다.

이차전지 제조과정 : 사진출처 LG에너지솔루션

이차전지 종류

다양한 소재들로 구성된 이차전지로 배터리팩을 만들어 전기차에 장착하면 경유나 휘발유 없이도 자동차를 움직일 수 있다. 전기차용 이차전지에는 원통형,파우치형,각형 3종류가 있으며 각각의 특징에 대해 알아보자.

1.원통형 배터리 : 테슬라에서 4680배터리를 상용화할 것이라고 발표했을만큼 요즘 대세인 원통형은 대량생산이 가능하고 제조비용이 낮다는 장점이 있지만 고가의 배터리 시스템을 만드는데 비용이 들어간다. 또 에너지밀도가 낮다는 단점도 있다.

18650 (지름 18mm,길이65mm) , 21700 (지름21mm,길이70mm) , 4680 (지름46mm,길이80mm) 등이 있으며  21700배터리의 경우 테슬라 차량에도 탑재되는데 배터리셀 3,000개가 탑재된다고 하니 그저 놀랍기만하다.전기차용 원통형 배터리는 LG에너지솔루션과 삼성SDI,파나소닉에서 제조되고 테슬라와 BMW 일부 차량에 사용된다.

2.각형 배터리 : 네모난 상자처럼 각이 있는 디자인으로 각형배터리라고 불린다. 알루미늄 캔으로 제조하여 내구성이 우수하고 안전성면에서 뛰어나다. 단, 제조공정이 다소 복잡하고 무게가 무겁고 열 방출이 어려워 별도의 냉각장치가 필요하다.주로 삼성SDI에서 제조되고 중국의 CATL,BYD도 각형 배터리를 전문적으로 생산한다.

각형배터리를 채택한 곳은 BMW,포르쉐,아우디,폭스바겐 등이 있다.

3.파우치형 배터리 : 배터리 소재를 얇게 필름처럼 만들어 층층히 쌓아 빈틈 없이 채워낸 파우치형은 주머니처럼 생겼다. 배터리 소재로 내부 공간이 꽉 차있기에 밀도가 매우 높아 주행거리가 길다.얇고 가볍기 때문에 공간 효율이 좋고 짧게,혹은 L자 모양등 고객사의 요구대로 다양한 디자인으로 만들 수 있다는 장점이 있다. 대신 단가가 비싸고, 대량 생산에 불리하고 충격에 약하다는 단점이 있다.

LG에너지솔루션과 SK온에서 주로 제조 하며 현대차의 아이오닉 시리즈에 탑재되었고, 그 외 GM,포드,르노,볼보 등의 차량에도 파우치형 배터리를 사용하고 있다.

우리나라의 대표적인 이차전지 셀 업체는 LG에너지솔루션,삼성SDI,SK온이 있으며 소재를 생산하고 만드는 곳은 엘앤에프,에코프로비엠,포스코퓨처엠,대주전자재료,신흥에쓰이시,엔켐,천보,SK아이테크놀로지 등 참으로 다양한 기업들이 있다. 이차전지소재에 관한 포스팅은 앞으로 자세하게 다룰 예정이다.

한줄요약: 일차전지는 한번쓰고 버리는 것, 이차전지는 충방전으로 반복하여 사용할 수 있는 전지. 앞으로 전기차의 시대가 펼쳐질 예정이라 이차전지 관련 공부는 필수!