리튬이온 배터리가 쭉 돌진하기 시작하고, 파워 배터리에 접근

1800년 이탈리아 물리학자 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)는 인류 역사상 최초의 배터리인 볼타 스택(Volta stack)을 발명했습니다. 최초의 배터리는 아연(양극)과 구리(음극) 시트와 소금물(전해질)에 담근 종이로 만들어져 전기의 인위적인 가능성을 보여주었습니다.

이후 배터리는 지속적이고 안정적인 전류를 제공할 수 있는 장치로서 200년 이상의 개발을 경험해 왔으며 유연한 전기 사용에 대한 사람들의 요구를 지속적으로 충족하고 있습니다.

최근 신재생에너지에 대한 수요가 급증하고 환경오염에 대한 우려가 높아지면서 다른 형태의 에너지를 전기에너지로 변환하고 이를 화학에너지의 형태로 저장할 수 있는 이차전지(또는 전지)가 에너지 환경에 지속적으로 변화를 가져오고 있다. 체계.

리튬전지의 발전은 사회의 발전을 또 다른 측면에서 보여줍니다. 실제로 휴대폰, 컴퓨터, 카메라, 전기 자동차의 급속한 발전은 리튬 배터리 기술의 성숙을 기반으로 합니다.

Chen Gen. 리튬 배터리의 탄생과 불안이 다가오고 있습니다

리튬 배터리의 탄생

배터리에는 양극과 음극이 있습니다. 음극이라고도 알려진 양극은 일반적으로 보다 안정적인 재료로 만들어지는 반면, 양극이라고도 알려진 음극은 일반적으로 "고활성" 금속 재료로 만들어집니다. 양극과 음극은 전해질로 분리되어 화학 에너지의 형태로 저장됩니다.

두 극 사이의 화학 반응은 이온과 전자를 생성합니다. 이러한 이온과 전자가 배터리 내부를 이동하면서 전자가 바깥쪽으로 이동하도록 강제하여 사이클을 형성하고 전기를 생성합니다.

1970년대 미국의 석유 위기는 군사, 항공, 의학 및 기타 분야의 새로운 전력 수요와 맞물려 재생 가능 청정 에너지를 저장하기 위한 충전식 배터리에 대한 탐색을 자극했습니다.

모든 금속 중에서 리튬은 비중과 전극 전위가 매우 낮습니다. 즉, 리튬 배터리 시스템은 이론적으로 최대 에너지 밀도를 달성할 수 있으므로 리튬은 배터리 설계자의 자연스러운 선택입니다.

그러나 리튬은 반응성이 매우 높아 물이나 공기에 노출되면 연소되거나 폭발할 수 있습니다. 따라서 리튬 길들이기가 배터리 개발의 핵심이 됐다. 또한 리튬은 실온에서 물과 쉽게 반응할 수 있습니다. 금속리튬을 배터리 시스템에 사용하려면 비수전해질 도입이 필수적이다.

1958년 해리스는 금속전지의 전해질로 유기전해질을 사용할 것을 제안했다. 1962년 록히드 미션과 SpaceCo. 미군의 칠튼 주니어(Chilton Jr.)와 쿡(And Cook)은 '리튬 비수전해질 시스템'이라는 아이디어를 내놓았다.

Chilton과 Cook은 리튬 금속을 음극으로, Ag, Cu, Ni 할로겐화물을 음극으로, 프로필렌 카보네이트에 용해된 저융점 금속염 lic1-AlCl3을 전해질로 사용하는 새로운 유형의 배터리를 설계했습니다. 배터리의 문제점으로 인해 상용성보다는 개념에 머물게 되지만 칠튼과 쿡의 연구는 리튬 배터리 연구의 시작이다.

1970년 일본 파나소닉전기(Panasonic Electric Co.)와 미군이 거의 동시에 독자적으로 새로운 양극재인 불화탄소를 합성했다. 분자 표현이 (CFx)N(0.5 ≤ x ≤ 1)인 결정질 불화탄소는 Panasonic Electric Co., Ltd.에서 성공적으로 제조되었으며 리튬 배터리의 양극으로 사용되었습니다. 불화리튬 배터리의 발명은 리튬 배터리 개발 역사에서 중요한 단계입니다. 리튬 배터리 설계에 '임베디드 컴파운드'를 도입한 것은 이번이 처음이다.

그러나 리튬전지의 가역적인 충방전을 구현하기 위해서는 화학반응의 가역성이 핵심이다. 당시 대부분의 2차전지는 리튬양극과 유기전해질을 사용했다. 재충전 가능한 배터리를 실현하기 위해 과학자들은 층상 전이 금속 황화물의 양극에 리튬 이온을 가역적으로 삽입하는 방법을 연구하기 시작했습니다.

ExxonMobil의 Stanley Whittingham은 적층형 TiS2를 음극 재료로 사용하여 층간 화학 반응을 측정할 수 있으며 방전 생성물은 LiTiS2라는 사실을 발견했습니다.

1976년 Whittingham이 개발한 배터리는 우수한 초기 효율을 달성했습니다. 그러나 여러 차례 충전과 방전을 반복한 결과 배터리에 리튬 덴드라이트가 형성됐다. 수상돌기가 음극에서 양극으로 자라면서 단락을 형성해 전해액에 발화 위험이 생기고 결국 고장이 났다.

1989년 리튬/몰리브덴 이차전지 화재사고로 인해 일부 업체를 제외한 대부분의 업체가 리튬금속 이차전지 개발에서 철수하였다. 리튬금속 이차전지 개발은 안전성 문제를 해결하지 못해 기본적으로 중단됐다.

다양한 변형의 효과가 미미하여 리튬금속 이차전지에 대한 연구는 정체되어 왔다. 마지막으로 연구원들은 리튬 금속 2차 배터리의 양극과 음극으로 화합물이 내장된 흔들의자 배터리라는 획기적인 솔루션을 선택했습니다.

1980년대에 Goodnow는 영국 옥스포드 대학에서 층상 리튬 코발레이트 및 리튬 니켈 산화물 양극 재료의 구조를 연구했습니다. 마지막으로 연구자들은 리튬의 절반 이상이 양극 물질에서 가역적으로 제거될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이 결과는 마침내 The의 탄생으로 이어졌습니다.

1991년 SONY Company는 최초의 상용 리튬 배터리(양극 흑연, 음극 리튬 화합물, 유기 용매에 용해된 전극 액체 리튬염)를 출시했습니다. 높은 에너지 밀도와 다양한 사용 환경에 적응할 수 있는 다양한 제형의 특성으로 인해 리튬 배터리는 상용화되어 시장에서 널리 사용되고 있습니다.