리튬 배터리의 선구적인 작업은 1912년 GN Lewis에 의해 시작되었지만 최초의 비충전식 리튬 배터리가 상업적으로 사용되기 시작한 것은 1970년대 초였습니다. 리튬은 모든 금속 중에서 가장 가벼우며 가장 큰 전기화학적 잠재력과 가장 높은 중량 기준 에너지 밀도를 제공합니다.
리튬이차전지 개발 시도는 안전성 문제로 실패했다. 특히 충전 중 리튬 금속의 본질적인 불안정성으로 인해 비금속 리튬 배터리에서 금속 리튬 대신 리튬 이온을 사용하는 연구가 진행되었습니다. 에너지 밀도는 리튬 금속보다 약간 낮지만, 리튬 이온은 충전 및 방전 시 특정 예방 조치를 취하는 한 안전합니다. 1991년 소니는 최초의 리튬이온 배터리를 상용화했습니다. 다른 제조업체도 이를 따랐습니다.
리튬 이온은 일반적으로 표준 니켈-카드뮴 에너지 밀도의 두 배를 갖습니다. 이는 훨씬 더 높은 에너지 밀도를 가질 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 방전 특성이 매우 좋으며 방전 시 니켈-카드뮴과 유사한 성능을 발휘합니다. 3.6V의 높은 배터리 전압 덕분에 단 하나의 셀만 사용하여 배터리 팩 설계가 가능합니다. 오늘날 대부분의 휴대폰은 단일 배터리로 작동합니다. 니켈 기반 팩에는 3개의 1.{6}}V 셀이 직렬로 연결되어 있어야 합니다.
리튬 이온 배터리는 유지 관리 비용이 적게 드는 배터리로, 이는 대부분의 다른 화학 제품이 주장할 수 없는 장점입니다. 배터리 수명을 연장하기 위해 메모리가 없으며 예약된 사이클링이 필요하지 않습니다. 또한 자체 방전이 니켈-카드뮴에 비해 절반 미만이므로 리튬 이온은 최신 연료 게이지 응용 분야에 매우 적합합니다. 리튬 이온 전지는 폐기 시 거의 해를 끼치지 않습니다.
리튬 이온의 전반적인 장점에도 불구하고 단점도 있습니다. 깨지기 쉬우므로 안전한 작동을 유지하려면 보호 회로가 필요합니다. 각 팩에 내장된 보호 회로는 충전 중 각 셀의 피크 전압을 제한하고 방전 시 셀 전압이 너무 낮아지는 것을 방지합니다. 또한 보호 회로는 배터리 온도를 모니터링하여 극단적인 상황을 방지합니다. 대부분의 팩의 정격은 1C~2C이며, 1C는 1시간 동안 배터리의 정격 용량과 같습니다. 이러한 보호는 생산 비용을 증가시킵니다.
노화는 대부분의 리튬 이온 배터리의 관심사이며 많은 제조업체는 이 문제에 대해 침묵을 지키고 있습니다. 1년이 지나면 배터리 사용 여부에 관계없이 배터리 용량이 연간 약 20%씩 손실됩니다. 노화는 더 높은 온도에서 더 빨리 발생합니다. 서늘한 곳에 보관하면 리튬 이온(및 기타 화학 물질)의 노화 과정이 느려집니다. 제조업체는 15도(59도 F)에서 보관할 것을 권장합니다. 또한 배터리는 보관 중에 부분적으로 충전되어야 하며 권장 충전 값은 40%입니다.
비용 대비 에너지 밀도 측면에서 원통형 18650 리튬 이온 셀은 가장 경제적인 배터리이며 모바일 컴퓨팅 및 초박형 구조를 요구하지 않는 기타 애플리케이션에 사용됩니다. 더 얇은 형상의 경우 각형 리튬 이온은 비용 대비 에너지 비율과 폼 팩터 간의 최상의 절충안을 제공합니다.
장점
- 높은 에너지 밀도 - 더 높은 용량이 가능합니다.
- 새 제품인 경우 장기간 프라이밍이 필요하지 않습니다. 정기적으로 한 번만 충전하면 됩니다.
- 상대적으로 낮은 자체 방전 - 자체 방전은 니켈 기반 배터리의 절반 미만입니다.
- 낮은 유지보수 - 주기적인 방전이 필요하지 않습니다. 기억이 없습니다.
- 특수 셀은 전동 공구와 같은 애플리케이션에 매우 높은 전류를 제공할 수 있습니다.
제한사항
- 안전한 한계 내에서 전압과 전류를 유지하려면 보호 회로가 필요합니다.
- 사용하지 않더라도 노화될 수 있습니다. 40% 충전하여 서늘한 곳에 보관하면 노화 효과가 줄어듭니다.
- 운송 제한 - 대량 배송에는 규제가 적용될 수 있습니다. 이 제한은 개인 휴대 배터리에는 적용되지 않습니다.
- 제조 비용이 비쌉니다. 니켈-카드뮴보다 비용이 약 40% 더 높습니다.
- 완전히 성숙되지 않음 - 금속과 화학물질은 지속적으로 변화하고 있습니다.