리튬 배터리의 종류는 무엇인가요?

리튬 이온 배터리 유형은 주로 그들의 성능, 안전성 및 적용 분야를 결정하는 양극 재료에 따라 분류됩니다. 이 포괄적인 가이드는 LiFePO4, NMC, LCO 등을 포함한 7가지 주요 리튬 배터리 화학 조성물을 상세한 사양과 실제 사용 사례와 함께 비교합니다.

Part 2. 리튬 코발트 산화물 배터리 (LiCoO2)

리튬 코발트 산 배터리는 리튬 이온 배터리의 한 유형입니다. 리튬 망간산염, 리튬 3원계, 리튬 인산철 배터리도 있습니다. 리튬 코발트 산 배터리는 충전 성능이 가장 뛰어납니다. 안정적인 구조를 가지고 있으며, 많은 전력을 보유하고 있고, 정말 잘 작동합니다. 하지만 안전성이 매우 높지는 않고 비용이 많이 듭니다. 주로 중소형 장치에 사용됩니다.

LCO 배터리 매개변수

• 정격 전압: 3.6V
• 작동 전압: 3V-4.2V
• 비에너지: 150 Wh/kg ~ 200 Wh/kg
• 충전율: 0.7-1C, 일반적으로 3시간 이내에 4.2V까지 충전
• 방전율: 1C, 차단 전압은 2.5V. 1C 이상의 방전 전류는 배터리 수명을 단축시킵니다.
• 사이클 수명: 500 ~ 1000 사이클
• 열 폭주: 150℃

LCO 배터리 장점

• 뛰어난 전기화학적 성능
• 뛰어난 가공 성능
• 높은 진동 밀도는 배터리의 비체적 용량 향상에 도움
• 제품 성능이 안정적이고, 일관성이 좋음

LCO 배터리 단점

• 낮은 에너지 밀도
• 열 폭주 문제 발생 가능성 높음
• 제조 비용이 높음

LCO 배터리 용도

리튬 코발트 산화물 배터리는 주로 휴대폰, 노트북 및 기타 휴대용 전자 기기 제조에 사용되는 리튬 이온 배터리의 양극 재료로 사용됩니다.

Part 3. 리튬 망간산염 배터리 (LiMn2O4)

리튬 망간산염 배터리는 양극 부분에 리튬 망간산염을 사용합니다. 이 배터리는 저렴하고 안전하며 자주 사용됩니다. 리튬 망간산염의 제조 방법과 그 특성은 사용된 재료와 공정 방법에 따라 달라집니다. 다른 제조 방법은 배터리 내에서의 성능을 변화시킬 수 있습니다.

LMO 배터리 매개변수

• 정격 전압: 3.7V
• 작동 전압: 3V-4.2V
• 비에너지: 100 Wh/kg ~ 150 Wh/kg
• 충전율: 0.7-1C, 일반적으로 3시간 이내에 4.2V까지 충전
• 방전율: 1C, 차단 전압은 2.5V.
• 사이클 수명: 300 ~ 700 사이클
• 열 폭주: 250℃

LMO 배터리 장점

• 높은 열 안정성 및 향상된 안전성
• 낮은 내부 배터리 저항으로 빠른 충전 및 높은 전류 방전 가능
• 내한성, 좋은 배율 성능, 제조 용이성

LMO 배터리 단점

• 낮은 에너지 저장 용량
• 짧은 사이클 수명
• 고온에 민감함

LMO 배터리 용도

리튬 망간산염은 동력 공구, 의료 기기, 하이브리드 및 순수 전기 자동차에 사용됩니다.

Part 4. 리튬 니켈-코발트-망간산염 배터리 (LiNiMnCoO2 또는 NMC)

리튬 니켈-코발트 망간산염은 많은 양의 코발트 대신 더 저렴한 니켈과 망간을 사용하는 배터리 재료입니다. 이로 인해 비용이 절감됩니다. 배터리에서 리튬 코발테이트만큼 거의 잘 작동합니다. 이는 배터리를 위한 새로운 재료가 되고 있으며 리튬 코발테이트를 점차 대체하고 있습니다.

NMC 배터리 매개변수

• 정격 전압: 3.6V
• 작동 전압: 3V-4.2V
• 비에너지: 150 Wh/kg ~ 220 Wh/kg
• 충전율: 0.7-1C, 일반적으로 3시간 이내에 4.2V까지 충전
• 방전율: 1C, 차단 전압은 2.5V; 일부 셀에서는 2C도 가능할 수 있음
• 사이클 수명: 1000 ~ 2000회
• 열 폭주: 210℃

NMC 배터리 장점

• 높은 에너지 밀도, 높은 전압 플랫폼
• 좋은 사이클 성능과 긴 서비스 수명
• 자기 방전이 작고 메모리 효과가 없음

NMC 배터리 단점

• 고온에 민감함
• 열 폭주 발생 가능성 있음
• 니켈과 망간의 추출이 환경에 영향을 미칠 수 있음

NMC 배터리 용도

신에너지 자동차, 전기 자동차, 공기 공구, 에너지 저장, 지능형 진공 청소기, 드론, 지능형 웨어러블 장치 등의 분야에서 사용됩니다.

Part 5. 리튬 니켈-코발트 알루미네이트 배터리 (LiNiCoAlO2 또는 NCA)

리튬 니켈-코발트 알루미네이트 배터리 또는 NCA는 1999년부터 사용되어 왔습니다. 높은 비에너지, 상당히 좋은 비출력, 그리고 NMC와 유사한 긴 서비스 수명을 가지고 있습니다. 덜 좋은 점은 안전성과 비용입니다.

NCA 배터리 매개변수

• 정격 전압: 3.6V
• 작동 전압: 3V-4.2V
• 비에너지: 200 Wh/kg ~ 260 Wh/kg
• 충전율: 0.7C, 일반적으로 3시간 이내에 4.2V까지 충전
• 방전율: 1C, 차단 전압은 3V
• 사이클 수명: 500회
• 열 폭주: 150℃

NCA 배터리 장점

• 높은 에너지 밀도, 높은 전압 플랫폼
• 좋은 사이클 성능과 긴 서비스 수명
• 자기 방전이 작고 메모리 효과가 없음

NCA 배터리 단점

• 높은 생산 비용
• 고온에 민감함
• 니켈, 코발트 및 알루미늄의 추출 및 가공이 환경에 영향을 미침

NCA 배터리 용도

NCA는 일반적으로 전기 자동차에 사용됩니다.

Part 6. 리튬 인산철 배터리 (LiFePO4)

리튬 인산철 배터리는 휴대폰에 사용되는 배터리와 같은 일종의 리튬 배터리입니다. 리튬 인산철 배터리의 양극 재료는 주로 인, 산, 철 및 리튬 화합물입니다.

LiFePO4 배터리 매개변수

• 정격 전압: 3.2V
• 작동 전압: 2.5V-3.65V
• 비에너지: 90 Wh/kg ~ 120 Wh/kg
• 충전율: 0.7-1C, 일반적으로 3시간 이내에 3.65V까지 충전
• 방전율: 1C, 차단 전압은 2-2.5V; 일부 셀은 25C까지 가능
• 사이클 수명: 2500회
• 열 폭주: 270℃

LiFePO4 배터리 장점

• 높은 안전 성능
• 긴 서비스 수명
• 좋은 고온 성능
• 큰 용량
• 메모리 효과 없음

LiFePO4 배터리 단점

• 배터리 양극의 진동 밀도가 낮음
• 전기 전도도가 낮아 리튬 이온 확산 속도가 느림.
• 낮은 온도 성능이 좋지 않음
• 배터리 팩 수명이 짧음

LiFePO4 배터리 용도

리튬 인산철 동력 배터리는 위의 특성을 가지고 있기 때문에 많은 응용 분야가 있습니다. 예: 대형 전기 자동차, 동력 공구, 태양광 및 풍력 에너지 저장 장비, UPS 및 비상 등, 경고 등, 광산 등, 소형 의료 기기 및 휴대용 기기의 대체.

Part 7. 리튬 티타네이트 배터리 (Li4Ti5O12)

리튬 티타네이트는 일반적인 리튬 이온 배터리의 음극에서 흑연을 대체하며, 이 재료는 스피넬 구조를 형성합니다. 양극은 리튬 망간산염 또는 NMC일 수 있습니다.

LTO 배터리 매개변수

• 정격 전압: 2.4V
• 작동 전압: 1.8V-2.85V
• 비에너지: 50 Wh/kg ~ 80 Wh/kg
• 충전율: 1C-5C, 일반적으로 3.65V까지 충전
• 방전율: 10C, 차단 전압은 1.8V
• 사이클 수명: 3000-7000회
• 열 폭주: 175℃ ~ 225℃

LTO 배터리 장점

• 초고안전성
• 초장수명
• 넓은 고/저온 작동 범위
• 높은 출력
• 저비용
• 친환경적

LTO 배터리 단점

• 리튬 티타네이트 재료의 에너지 밀도가 낮음
• 강한 흡수성
• 배터리 생산에 높은 환경 요구 사항이 있음

LTO 배터리 용도

이 배터리는 일반적으로 UPS, 전동 파워트레인 및 태양광 가로등에 사용됩니다.

Part 8. 올바른 리튬 배터리 유형을 선택하는 방법?

다음 의사 결정 흐름도를 따라 최적의 배터리 기술을 선택하십시오:

Step 1: 우선 순위 요구 사항 정의

• 높은 에너지 밀도: NMC (220 Wh/kg) 또는 NCA (260 Wh/kg) 선택
• 안전 최우선: LiFePO4 (270℃ 열 안정성) 또는 LTO 선택
• 극도의 장수명: LTO 배터리 (7,000+ 사이클)
• 예산 고려: LMO 또는 표준 Li-ion

Step 2: 작동 조건 고려

실제 적용 예시

• EV 변환: NMC 파우치 셀 (테슬라 모델 3)
• 가정용 에너지 저장: LiFePO4 벽걸이형 시스템
• 항공: 초경량 LCO 배터리

Part 9. 리튬 이온 셀 형태학적 분류

배터리 양극 및 음극 재료 분류 외에도, 외壳 재료,形状 및 셀 유형에 따라 분류할 수 있습니다.

외壳 재료별

1. 강철 배터리: 이름에서 알 수 있듯이, 외壳이 강철입니다.
2. 알루미늄 외壳 배터리: 동일하게 외壳이 알루미늄 재질입니다.
3. 폴리머 리튬 배터리: 외壳이 폴리머 재질이며, 대부분 은색입니다. 소수 제조사가 검은색을 사용하며, 업계에서는 검은색이 되어가고 있습니다.

形状별

1. 원통형 배터리, 18650, 26650 등과 같이, 이 일반적인 조합이 많이 사용됩니다. 초기 노트북과 같이 소수 조합은 디지털 제품으로 사용될 수 있으며, 일반적으로 18650입니다. 보조 배터리는 1개에서 5~6개 조합, 그리고 테슬라는 7,000개 이상의 18650 직병렬 조합을 사용합니다.
2. 사각형 배터리: 이들 대부분은 폴리머 배터리입니다. 폴리머는 가공성이 매우 뛰어나 다양한形状을 만들 수 있습니다. 그 길이, 너비 및 높이는 임의로 조정될 수 있으며, 대부분의 디지털 제품이 현재 이 유형의 배터리를 사용하고 있습니다.
3. 특수 배터리: 즉, 일부 기이한形状의 배터리로, 제품의 needs에 따라 다릅니다. 배터리도形状에 맞게 제작되어야 하며, 예를 들어 인기 있는 스마트 웨어러블 제품(스마트 밴드 등)의 경우 배터리도 링形状으로 만들어집니다.

셀 유형별

18650 셀

18650 리튬 셀은 너비 18mm, 길이 65mm이며, 원통형처럼 생긴 배터리입니다(0은 이를 나타냄). 이 배터리는 잘 개발되었고, 정말 잘 작동하며, 소형이기 때문에 많은 것에 사용됩니다. 문제는 다른 일부 배터리만큼 안전하지 않고 약 300회만 사용할 수 있다는 것입니다.

폴리머 셀

폴리머 셀과 기존 리튬 이온 배터리는 제조 방법이 다릅니다. 리튬 배터리는 부드럽고 감겨 있는 반면, 폴리머 배터리는 더 단단한形状을 가지고 있습니다. 폴리머 배터리는 더 안전하고 수명이 깁니다(500회 이상). 하지만 비용이 더 많이 들며, 동일한 용량의 18650 리튬 이온 셀보다 약 100% 더 비쌉니다.

Part 10. 리튬 배터리 유형에 관한 자주 묻는 질문

어떤 리튬 배터리 유형이 가장 오래 가나요?

리튬 티타네이트(LTO) 배터리가 가장 긴 수명을 가지며, 7,000회 이상의 충전 사이클을 견딜 수 있습니다. 이는 표준 Li-ion 배터리보다 10배 더 깁니다.

LiFePO4 배터리가 NMC보다 더 안전한가요?

네, 맞습니다. LiFePO4 배터리는 NMC의 210℃ 대비 270℃의 열 폭주 보호 기능을 가지고 있습니다. 가정용 에너지 저장 시스템에 선호됩니다.

납산 배터리를 리튬 배터리로 교체할 수 있나요?

물론입니다. LiFePO4는 셀당 3.2V 구성으로 바로 교체 사용될 수 있습니다. 충전기가 리튬 화학을 지원하는지 확인하십시오.

왜 EV 배터리는 LiFePO4 대신 NMC/NCA를 사용하나요?

NMC/NCA는 더 높은 에너지 밀도(600km+ 주행 거리)를 제공하는 반면, LiFePO4는 더 무겁지만 더 안전합니다(BYD 블레이드 배터리는 예외입니다).

리튬 배터리를 장기간 보관하는 방법은 무엇인가요?

50% 충전 상태로 15-25℃ 건조 환경에서 보관하십시오. LiCoO2 배터리의 경우, 용량 손실을 방지하기 위해 6개월마다 재충전하십시오.