리튬이온배터리의 양극과 음극은 집전체(Current collector)에 코팅이 된 형태로 사용된다. 양극에서는 알루미늄(Al)을 사용하고 음극에서는 구리(Cu)를 사용하는데 왜 같은 소재를 사용하지 않고 다른 소재를 사용하는 것일까? 이번 포스팅에서는 집전체의 역할과 왜 특정 소재를 집전체로 사용하는지 알아보자.
집전체는 양극에는 알루미늄을 사용하고 음극에서는 구리를 사용한다. 집전체는 10um의 수준의 매우 작은 두께로 사용되고 있다.
집전체는 리튬이온배터리가 충전/방전 하는 과정에서 생겨나는 전자들을 이동시키는 통로 역할을 한다. 충전 과정에서 양극 내부의 리튬이 이온화되어 리튬이온이 되고 전자한개를 발생시킨다. 이때 생겨난 전자는 알루미늄 집전체를 통해 음극의 구리 집전체를 거쳐 리튬이온을 환원시킨다.
알루미늄과 구리를 다른 전극의 집전체로 사용하는 이유는 소재 고유의 전기화학적반응 때문이다.
양극
양극은 음극보다 높은 전위값을 갖는다. 이에따라 양극의 집전체는 높은 전위값에도 안정한 성질을 가져야한다. 따라서 높은 전위에서 안정한 알루미늄(Al)을 사용하는 것이다. 또한 전기전도성이 우수하고 매우 풍부한 원소이기 때문에 가격 측면에서도 장점이 있다. 반대로 알루미늄을 음극 집전체로 사용하게 되면 음극의 작동전위에서 리튬과 반응하여 합금(plating)이 생성되는 문제점이 있다.
음극
음극집전체인 구리는 낮은 전위에서 안정하기 때문에 사용된다. 또한 가격이 저렴하고 전기전도성이 우수하기 때문에 상용 집전체로 사용하기에 알맞은 장점이 있다.
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