리튬이온배터리 / 리튬이온2차전지 전극의 도전재의 역할

전극에서 도전재의 역할

리튬이온배터리 도전재의 역할

전극에서의 도전재

리튬이온배터리를 포함하여 모든 이차전지의 전극은 활물질, 도전재 그리고 바인더로 이루어져 있다. 

활물질은 전기화학반응의 주축이되는 물질로 필수적이라고 볼 수 있지만, 

그에 못지않게 도전재와 바인더의 역할도 굉장히 중요하기 때문에 지난 포스팅에서는 바인더에 대해서 다루었고,

오늘은 전도도를 담당하는 도전재에 대해서 알아보려고 한다.

 

바인더의 내용은 여기서!!!

https://kkangjeong2.tistory.com/102

리튬이온배터리 / 리튬이온 2차전지 전극에서 바인더의 역할

도전재

도전재는 활물질이 부족한 전자전도도를 보충해주는 중요한 역할을 한다.

흑연은 자체로도 전도성이 좋아 큰 비중이 필요하지 않지만, 차세대 음극으로 각광받고 있는 실리콘계 음극 활물질과

니켈코발트망간계 양극재라든지 인산철 양극재등은 자체의 전도도는 높지 않기 때문에 도전재가 어느정도 필수적으로 필요하다.

 

전극이 전기화학반응을 통해서 전하를 저장하고 발현하기 위해서는

이온전도도 / 전자전도도 가 필요하다.

이온전도도는 양이온의 이동성을 말하는 것이고,

전자전도도는 전자의 이동을 말하는 것이다.

양전하를 띠는 양이온과 음전하를 띠는 전자는 같은 양으로 나가고 들어가야하므로 이 둘을 같이 올리는 것이 굉장히 중요하다.

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전도도가 향상되면 될수록 고속충전도 가능해지고, 전지가 덜 망가진다고 할 수 있다.

 

하지만, 도전재를 무한정으로 넣을 수는 없다.

 

전극 = 활물질 + 도전재 + 바인더 로 만들어지는데 활물질 비율보다 도전재나 바인더의 비율이 높아지면 같은 양의 전극을 만들어도 직접적으로 전기화학반응에 참여하는 활물질의 양이 줄어들기 때문에 에너지밀도가 줄어들 수가 있기 때문이다.

 

도전재가 필요한 활물질

도전재가 제일 많이 필요한 활물질은 실리콘계열의 음극 활물질이다.

실리콘계열은 용량이 매우 크지만, 실리콘이라는 물질이 도체의 성질을 크게 가지고 있지 않기 때문에 흑연 음극활물질보다 5배~10배는 필요하다. 따라서 용량은 크지만 그만큼 에너지밀도는 낮아진다고 볼 수 있다.

 

양극 활물질은 흑연에 비해서 1.5배~2배 가량의 도전재가 필요하다.

실리콘에 비해서 덜 필요하지만, 전도성이 부족하여 도전재가 어느정도 들어가는 편이다.

 

이렇게 따지면 흑연이 가장 완벽한 음극 활물질일 것 같지만, 흑연과 실리콘계열의 용량은 어마어마하게 차이가 나기 때문에 이런 매력적인 용량을 가진 실리콘계 음극 활물질을 포기하긴 힘들 것이다.

 

https://kkangjeong2.tistory.com/85

Pure silicon이 음극에 적용되려면 해결해야하는 문제점 / 리튬이온배터리