배터리 연구소 Q&A VOL.001: 리튬 배터리의 음극에 구리박, 양극에 알루미늄박을 사용하는 이유는 무엇입니까?
출시 날짜：2025-07-18
리튬 배터리는 왜
음극에는 구리박을 사용하고,
양극에는 알루미늄박을 사용하는가?
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리튬이온 배터리가 정말 "반대로" 작동한다면 —— 음극에 구리박 대신 알루미늄박을, 양극에 알루미늄박 대신 구리박을 사용한다면 배터리는 세 번 충전 방전도 못하고 "고장" 날 것이다.
음극은 작동 시 전위가 낮고, 대략 0.01V vs Li/Li⁺이며, 이때 알루미늄박이 들어가면! 리튬이 알루미늄의 결정 격자 속으로 들어가 Li-Al 합금을 형성하고, 원래 매끄러운 알루미늄박은 세 번 충전 방전하면 "부식"되어 가루가 되고, 배터리는 바로 부풀어 오르거나 누액이 발생하므로 절대 사용할 수 없다.
“구리”는 훌륭하다 —— 0~3V 범위에서 리튬에 대해 매우 안정적이며, 합금화 반응이 일어나지 않고, 전도성이 좋으며, 두께를 6~8μm로 만들 수 있어 경량화되고 비용도 절감된다.
양극 작동 전위가 높으면 구리박을 사용하는 것이 더 치명적이다 삼원계 또는 인산철리튬 양극은 작동 시 전위가 3.2-4.2V이며, 구리박은 고전위 하에서 전해액에 의해 산화되어 표면에 느슨한 구리염이 생성되고, 전도성이 급격히 저하될 뿐만 아니라 용해된 구리 이온이 음극으로 이동하여 리튬 박막 표면에 수垢처럼 침착되어 최종적으로 배터리 내부 저항이 수백 옴으로 상승하고, 충전된 전기가 모두 열 손실로 변한다.
“알루미늄”이 사용된다 —— 고전위 하에서 알루미늄 표면에는 치밀한 산화막 Al₂O₃가 형성되어 전해액의 부식으로부터 보호되고, 안정성이 뛰어나다. 또한 알루미늄의 밀도는 구리보다 가볍고, 비용도 훨씬 저렴하여 양극 집전체로 사용하는 것이 경제적이다.
이것이 업계에서 수십 년 동안 변함없이 양극과 음극에 구리박과 알루미늄박을 "맞춤형"으로 사용하는 핵심 이유이다.
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