리튬 이온 2차(충전식) 배터리: 그것이 무엇이며 어떻게 작동하나요?

소위 이차 전지 (충전 가능한 배터리)는 전력 소비가 완료된 후 재충전하여 재사용할 수 있는 배터리를 의미하며, 전력 소비가 완료된 후 배터리의 수명이 끝나는 배터리는 일차 전지라고 합니다. 현재 많은 소형 휴대용 전자 제품 및 웨어러블 디바이스가 작동하기 위해 배터리 전원이 필요합니다. 기존의 일차 전지 외에도 여러 번 충전 및 방전이 가능한 이차 전지가 더 경제적이고 편리한 선택이 될 수 있습니다.
 
현재 시중에 나와 있는 소형 이차 전지는 Ni-Cd 배터리(Ni-Cd), Ni-MH 배터리(Ni-MH), Li-ion 배터리(Li-ion), Li-polymer 배터리(Li-polymer, 리튬 폴리머 배터리라고도 함) 등 네 가지 유형으로 나뉠 수 있습니다. 소형 리튬 이온 이차 전지를 선택할 때는 전류 용량, 충방전 효율, 수명, 안전성, 크기 등의 요소를 고려해야 합니다. 용도와 제품 요구 사항에 따라 가장 적합한 제품을 선택할 수 있습니다.

충전식 배터리는 어떻게 작동하나요?

리튬이온은 이차 전지에서 가장 일반적으로 사용되는 재료 중 하나입니다. 리튬이온 이차 전지는 양극 및 음극 활물질 간의 리튬이온 흡수 및 탈착에 의해 충전/방전됩니다. 리튬이온 이차 전지는 주로 양극, 음극, 전해질 및 분리막으로 구성됩니다. 전해질은 리튬 염과 유기 용매로 구성됩니다. 일반적으로 사용되는 양극 활물질에는 리튬 코발트 산화물, 리튬 인산철, 리튬 망간 등이 포함됩니다. 일반적으로 사용되는 음극 활물질에는 흑연, 비정질 탄소, 리튬 타이타네이트 등이 포함됩니다.

리튬 이온 배터리의 높은 에너지 밀도

배터리 용량(mAh)은 양극 활성 물질이 방출할 수 있는 리튬 이온의 수와 음극 활성 물질이 수용할 수 있는 방출된 리튬 이온의 수에 따라 달라집니다. 따라서 리튬 이온 2차 전지의 높은 용량의 핵심은 단위 부피당 얼마나 많은 양극 및 음극 활성 물질이 삽입될 수 있는지에 달려 있습니다.
 
배터리의 에너지 밀도는 단위 부피 또는 질량당 방출되는 전기 에너지의 양을 의미합니다. 일반적으로 동일한 부피에서 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 니켈-카드뮴 배터리의 2.5배, 니켈-수소 배터리의 1.8배에 달합니다. 따라서 동일한 배터리 용량 조건에서 리튬 이온 배터리는 니켈-카드뮴 및 니켈-수소 배터리보다 부피가 더 작고 무게가 더 가볍습니다.
 
배터리의 충전 및 방전 전류를 암페어(또는 밀리암페어)로 표시하는 것 외에도, 영어 문자 C(용량)가 정격 용량의 전류 부분(전류 x 시간)으로 사용되며, 이는 전류를 측정하는 단위로 사용됩니다. 예를 들어 배터리의 정격 용량이 3mAh일 때, 방전 시간은 3mA(1C)에서 1시간 동안 지속되며, 30mA(10C)에서 방전 시간은 6분 동안 지속될 수 있습니다. 게다가 충전 시간도 이와 같이 계산할 수 있습니다(이론값).

리튬 이온 충전식 배터리 충전 기능

CT04120은 정격 전압 2.3V, 충전 전압 2.7V, 방전 종료 전압 1.8V, 정격 용량 3mAh, 최대 방전 전류 30mA (10C), 작동 온도 범위 -20℃에서 70℃, 크기 φ4mm×12mm를 지원합니다.
 
Murata의 CT04120은 몇 마이크로암페어의 낮은 전류에서도 충전이 가능하여 저출력 발전기에서도 사용할 수 있습니다. 또한 매우 낮은 누설 전류 특성(25℃에서 약 200nA)은 저장된 에너지 손실을 최소화하고 장기 사용을 가능하게 합니다. CT04120은 2.3V에서 안정적인 방전 특성을 가지고 있어 저전력 IC 작동에 가장 적합합니다.
 
게다가, CT04120을 배터리 전압으로 충전하는 시간은 커패시터보다 훨씬 짧아 대기 시간을 줄일 수 있으며, 일반 리튬이온 배터리보다 10배 높은 전류율을 제공합니다. CT04120은 충전 IC 없이도 정전압(CV)으로 충전할 수 있습니다.
 
CT04120은 고속 충전 기능을 가지고 있어 충전 IC 없이도 고속(10C)으로 충전이 가능하며 최대 방전율 10C에서 방전할 수 있습니다. 낮은 내부 저항과 작은 전압 강하로 인해 CT04120은 큰 피크 부하와 저온에서도 안정적으로 방전할 수 있으며 탁월한 방전 특성을 자랑합니다. 또한 CT04120은 긴 수명을 가지고 있으며, 5000회의 충전(용량) 회복률이 80% 이상입니다. 화학적으로 안정적인 리튬 티타네이트를 사용하고 열 폭주를 방지하는 안전 설계를 채택하여 높은 안전성을 제공합니다.
 
IGBT는 비용 효과적인 옵션으로 여전히 EV 파워트레인의 인기 선택지로 자리하고 있습니다. 그러나 SiC MOSFET는 효율성과 열 성능의 이점을 통해 차세대 EV에 점점 더 매력적인 옵션으로 자리잡고 있습니다.
 
onsemi는 자동차 응용 분야에서 경부하 시 더 낮은 전력 손실과 전반적으로 개선된 시스템 효율을 보여주는 Narrow Mesa Field Stop (FS4와 FS7)과 같은 새로운 IGBT 기술을 도입하며 자사의 IGBT 제품 포트폴리오를 계속 개선 및 확장하고 있습니다.
 
onsemi의 IGBT 6팩 전력 모듈 = NVH660S75L4SPFB는 6팩 구성에 6개의 FS4 750V Narrow Mesa IGBT를 통합합니다. 이 모듈은 높은 전류 밀도를 제공하는 동시에 강력한 단락 보호 및 높은 차단 전압을 제공합니다. 저 간섭 인덕턴스를 가진 SSDC33 패키지를 사용하며 직접 냉각 및 평평한 베이스 히트싱크를 제공합니다.
 
또 다른 IGBT 하프 브리지 전력 모듈인 NVG600A75L4DSC2는 하프 브리지 구성에 2개의 FS4 750V IGBT를 통합합니다. 이 모듈은 칩 레벨 온도 및 전류 센서를 통합하고, 듀얼 사이드 냉각 패키지 AHPM15로 열 성능을 개선합니다.
 
추가적으로, onsemi는 VE-Trac IGBT 전력 모듈 제품군을 기반으로 EV/HEV 트랙션 인버터 애플리케이션(최대 150kW)을 위한 두 가지 평가 하드웨어 키트(레퍼런스 디자인)를 제공합니다. 이러한 평가 키트(EVK)는 고객이 인버터 개발 초기 단계에서 VE-Trac Direct 전력 모듈의 성능을 평가할 수 있도록 합니다. 6팩 및 하프 브리지 전력 모듈을 기반으로 한 두 가지 EVK 변형이 있으며, 키트는 주요 스위칭 매개변수를 측정하기 위한 더블 펄스 테스터로 또는 모터 제어를 위한 삼상 인버터로 사용할 수 있습니다.

리튬 이온 2차 배터리 응용 및 장점

소형 리튬 이온 2차 전지 CT04120은 다양한 응용 분야와 고유한 장점을 가지고 있습니다. CT04120은 저전력 기기에 적용할 수 있습니다. 고속 충전 (10C) 또는 일정 전압 충전이 가능합니다. 긴 사이클 수명, 다중 사용, 높은 안전성, 작은 크기 및 가벼운 무게가 특징입니다. 일반적으로 스타일러스 펜, 다양한 웨어러블 기기 등에 사용됩니다.

소형 충전식 리튬 이온 배터리 – 적합한 선택

2차 배터리는 반복적으로 충전 및 방전할 수 있는 특성을 가지고 있으며, 다양한 휴대용 기기와 웨어러블 기기에 적합하며 적용 범위가 점점 더 넓어지고 있습니다. Murata의 소형 리튬 이온 2차 배터리는 뛰어난 충·방전 속도와 안정적인 방전 특성, 안정적인 제품 성능, 긴 사용 수명 및 높은 안전성을 갖추고 있어 여러 관련 응용 분야에 탁월한 선택입니다.