리튬인산철(LiFePO4) 전지란?

파워뱅크는 캠핑 시 보조배터리로 그리고 야외에서 드론 배터리를 충전하기 위한 전원으로 요긴합니다. 

고용량, 친환경 그리고 가장 중요한 안정성이 확보된 2차 전지를 선정하기 위해서 여러가지 2차 전지의 특성과 각 전지들을 간략히 비교하였습니다.

충전하여 재사용이 가능한 2차 전지는 양극재 원료에 따라 납축전지(Lead-Acid), 리튬이온전지(Lithium-Ion) 등으로 분류할 수 있습니다. 현재 납축전지는 주로 자동차용 배터리와 산업용 예비전원 용도로 사용하며 낮은 온도에서 방전 용량이 감소하고 완전방전 시 수명이 대폭 떨어지는 맹점이 있습니다. 리튬이온전지는 스마트폰, 노트북, Tablet PC, 전기차, ESS(Energy Storage System) 등의 용도로 사용되고 있습니다.

근래에 2차 전지로 각광을 받았던 Ni-based 전지(Ni-Cd와 이를 개선한 Ni-MH)는 방전 특성이 우수(특히 Ni-Cd)하지만 충전하기 전에 전지가 완전히 방전되어 있어야 하며 그렇지 않으면 이를 기억하여 충전용량이 떨어지는 메모리 효과(memory effect)가 존재하여 수명이 단축되는 단점이 있습니다. 방전 특성은 방전율로 자동차의 시동 시처럼 전압강하 없이 얼마나 높은 전류를 공급할 수 있느냐는 정도입니다.

최근에 사용되는 리튬이온전지는 충·방전을 1,000회 이상 반복해도 메모리 효과가 발생하지 않고, 고효율, 고성능 및 우수한 충방전 특성을 가지며 Ni-based 전지 비해 2배 이상의 기전력을 나타내며, 가장 에너지 밀도가 높고 게다가 -55~85℃의 넓은 온도 범위에서 작동이 가능합니다. 또한 자가 방전율이 연간 2% 미만이므로 장기간 저장 후에도 사용이 가능합니다. 자가 방전률이란 보통의 조건에서 전지 스스로가 자연 방전하는 정도를 말합니다.

이런 리튬이온전지는 4가지 양극재(양극활물질), 음극재(음극활물질), 분리막, 전해액 등으로 구성되며, 우선 전해질에 따라, 액체 상태이면 리튬이온전지(LIB), 고체 상태이면 리튬폴리머전지(LIPB)로 구분되는데, 리튬의 치명적인 문제점인 불안정성, 즉 폭발 및 발화의 위험이 있다는 것입니다. 리튬이온전지에서 고체 상태 전해질(Polymer)을 갖는 리튬폴리며전지로 개선하였지만 여전히 안전성에 문제가 있으며 친환경적이지도 않다는 것입니다.

이 고체 상태 전해질(Polymer)을 갖는 리튬폴리머전지에서 양극재 물질을 변경한 리튬인산철(LiFePO4) 전지는 리튬이온전지 그리고 리튬폴리머전지와 비교하여 발열성이 없고, 가연성 또는 폭발 등을 일으키지 않음으로써 안전성이 탁월하다고 알려집니다. 뿐만 아니라 온도 특성이 매우 좋아 자체 발열이 거의 없어서 주위 온도에 영향을 주지 않으며 고온에서 수명저하, 저온에서 시동불량 등의 문제가 없다는 것입니다.

게다가 리튬인산철전지는 충방전 효율이 납축전지는 70% 정도인데 반해 95% 이상이고, 다른 어떤 2차 전지보다 3~5배 긴 수명특성을 가지며, 급속 충방전이 가능하고 자가 방전율이 낮으며 무엇보다도 유해 독성물질이 전혀 없는 친환경이라는 것입니다.

다음 그림은 여러가지 2차 전지를 비교하였습니다.

※ '<= ???' 표기는 Ni-based 전지와 비교해서 ???하다는 의미입니다.