리튬 배터리 vs. 리튬 이온 배터리의 차이

리튬 배터리와 리튬 이온 배터리의 차이점, 그리고 충전 및 방전 방식에 대해 알려드리겠습니다. 일반적으로 '리이온 밧데리'는 **리튬 이온 배터리(Lithium-ion Battery, Li-ion)를 지칭하는 경우가 많습니다.

리튬 배터리 vs. 리튬 이온 배터리의 차이

핵심적인 차이는 재충전 가능성과 양극 물질에 있습니다.

구분	리튬 배터리 (Primary Lithium Battery)	리튬 이온 배터리 (Lithium-ion Battery, Li-ion)
재충전 여부	1차 전지 (일차 전지): 재충전 불가능 (일회용)	2차 전지 (이차 전지): 재충전 가능
양극 재료	주로 리튬 금속 (불안정성 때문에 수상 돌기 형성 우려)	리튬 금속 산화물 또는 리튬이 도핑된 금속 (예: LCO, NMC, LFP 등)
작동 원리	리튬 금속의 산화 반응을 이용해 전기를 생산	리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하며 충전/방전
주요 용도	장기간 교체 없이 사용되는 의료 기기, 군사 장비, 특정 백업 전원 등	스마트폰, 노트북, 전기 자동차(EV) 등 현대 전자 기기 및 고출력 장치

Sheets로 내보내기

요약하자면,

• 리튬 배터리는 금속 리튬을 사용하여 재충전이 불가능한 일차 전지입니다. 에너지 밀도가 높고 수명이 길지만, 충전 시 안정성 문제가 있습니다.
• 리튬 이온 배터리는 리튬 이온이 이동하는 원리를 이용한 재충전 가능한 이차 전지입니다. 일상생활에서 가장 널리 사용됩니다.

---

리튬 이온 배터리의 충전 및 방전 방식

리튬 이온 배터리는 일반적으로 정전류-정전압(CC-CV, Constant Current-Constant Voltage) 방식을 사용하여 충전합니다.

1. 충전 방식 (정전류-정전압)

1. 정전류 (CC, Constant Current) 단계:
   • 충전 초기 단계로, 일정한 전류(C-rate)를 주입하여 배터리 전압을 빠르게 높입니다.
   • 보통 배터리 용량의 약 70~85%까지 충전하는 데 사용됩니다.
   • 이 단계에서는 전압이 점차 상승합니다.
2. 정전압 (CV, Constant Voltage) 단계:
   • 배터리 전압이 최대 전압(일반적으로 셀당 4.2V)에 도달하면, 전압을 이 수준으로 유지하고 전류를 점차 낮춥니다.
   • 전류가 미리 설정된 컷오프 전류(Cut-off Current) 이하로 떨어지면 충전을 완료(만충)한 것으로 판단합니다.

2. 방전 방식 및 특성

• 작동 원리: 방전 시, 음극에 저장되어 있던 리튬 이온(Li+)이 전해질을 통해 양극으로 이동하고, 이에 따라 발생한 전자(e−)가 외부 회로를 통해 흐르면서 전력을 공급합니다.
• 방전 곡선: 방전 초기에는 전압이 비교적 급격히 떨어지지만, 이후에는 일정 구간에서 완만한 전압 유지 특성을 보이다가, 방전 종지 전압(Cut-off Voltage, 일반적으로 셀당 2.5V~3.0V)에 가까워지면 다시 급격히 하락합니다.
• 특징:
  • 높은 에너지 밀도: 같은 무게나 부피 대비 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다.
  • 낮은 자가 방전율: 사용하지 않을 때 전하를 비교적 오랫동안 유지합니다.
  • 과충전/과방전 민감성: 과충전이나 과방전은 배터리 수명 단축, 심지어 안전 문제(발열, 폭발 등)를 일으킬 수 있으므로 보호 회로(BMS)가 필수적입니다.
  • 깊은 방전(Deep Discharge) 지양: 배터리 수명을 연장하기 위해서는 완전히 방전(0%)시키는 것을 피하고, 일반적으로 20%~80% 사이의 충전 상태(SOC)를 유지하는 것이 권장됩니다.

'리이온 밧데리'와 '리튬 밧데리'의 차이, 그리고 충전/방전 방식에 대한 이해를 돕기 위해 다음과 같은 핵심 관련 키워드들을 추천합니다.

핵심 관련 키워드

1. 배터리 종류 및 화학 (Chemistry)

• 리튬 이온 배터리 (Li-ion Battery): 현재 가장 널리 사용되는 재충전 가능 배터리의 총칭.
• 양극재 (Cathode Material): 리튬 이온 배터리의 성능과 종류를 결정하는 핵심 재료.
  • NMC (니켈-망간-코발트): 높은 에너지 밀도로 전기차, 휴대폰 등에 주로 사용되는 삼원계 배터리.
  • LFP (리튬-철-인산염): 안전성과 긴 수명이 뛰어나며, 가격이 저렴해 ESS 및 일부 전기차에 사용.
  • NCA (니켈-코발트-알루미늄): 테슬라 등에서 주로 사용했던 고성능 배터리.
• 전고체 배터리 (Solid-State Battery): 리튬 이온 배터리의 액체 전해질을 고체로 대체하여 안전성과 에너지 밀도를 높인 차세대 배터리.
• 리튬 폴리머 배터리 (Li-Po Battery): 리튬 이온 배터리의 한 종류로, 젤 형태의 고분자 전해질을 사용하여 형태 유연성이 높음.

---

2. 충전/방전 및 성능 지표

• 정전류-정전압 (CC-CV): 리튬 이온 배터리의 표준 충전 방식.
  • 정전류 (CC, Constant Current): 일정한 전류로 충전하여 전압을 높이는 초기 단계.
  • 정전압 (CV, Constant Voltage): 최대 전압을 유지하며 전류를 점차 낮추는 후기 단계.
• C-rate (충방전율): 배터리의 용량 대비 충전 또는 방전 속도를 나타내는 비율. (예: 1C는 1시간 만에 완전히 충전/방전)
• SOC (State of Charge, 충전 상태): 배터리의 잔여 용량을 백분율로 나타낸 값.
• DOD (Depth of Discharge, 방전 심도): 사용한 배터리 용량의 비율. (수명 연장을 위해 낮은 DOD 권장)
• 사이클 수명 (Cycle Life): 배터리가 초기 용량 대비 특정 비율(예: 80%)에 도달할 때까지 견딜 수 있는 충방전 횟수.
• 에너지 밀도 (Energy Density): 단위 부피(Wh/L) 또는 단위 무게(Wh/kg)당 저장할 수 있는 에너지양.

---

3. 안전 및 관리

• BMS (Battery Management System): 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 감시하고 제어하여 과충전/과방전 및 과열을 방지하는 핵심 시스템.
• 열 폭주 (Thermal Runaway): 배터리 내부 온도 상승이 통제 불가능한 상태로 이어져 화재나 폭발을 유발하는 현상. (리튬 이온 배터리 안전 문제의 주원인)
• 보관 충전율 (Storage SOC): 배터리를 장기간 보관할 때 권장되는 충전 상태. (40%~60% 수준이 최적).
• 메모리 효과 (Memory Effect): 리튬 이온 배터리에는 거의 없으나, 니켈 카드뮴 등 구형 배터리에 존재하는 현상. (부분 방전 후 충전을 반복하면 용량이 줄어드는 현상)

리튬이온 배터리의 충방전 원리(The principle of lithium-ion battery) 비디오는 리튬 이온 배터리의 충전 및 방전 원리를 그림과 함께 설명하고 있어 이해를 돕습니다.

리튬이온 2차전지의 원리 II - YouTube

Tech Trip · 2.4만 조회수

 

토스뱅크와 카카오증권을 통해 소액으로 미국 주식 투자하는 방법

 

미국 AI 주식 - 투자 방법 공개

 

월가 추천 미국주식 TOP 10

 

미국 주식 시장에서 인기 있는 인버스 ETF