{{위키데이터 속성 추적}}
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{{Infobox battery
|image=[[파일:Nokia Battery.jpg|255px]]
|caption= [[노키아 3310]] [[휴대전화]]의 리튬 이온 전지.
|EtoW={{nowrap|100–265 [[와트시|W·h]]/[[kg]]}}<ref name="PanaLI">{{웹 인용|url=http://www.panasonic.com/industrial/batteries-oem/oem/lithium-ion.aspx |title=Rechargeable Li-Ion OEM Battery Products |publisher=Panasonic.com |accessdate=23 April 2010|archiveurl=https://web.archive.org/web/20100413182032/http://www.panasonic.com/industrial/batteries-oem/oem/lithium-ion.aspx|archivedate=13 April 2010|url-status=live}}</ref><ref name="greencarcongress">{{웹 인용|url=http://www.greencarcongress.com/2009/12/panasonic-20091225.html |title=Panasonic Develops New Higher-Capacity 18650 Li-Ion Cells; Application of Silicon-based Alloy in Anode|publisher=greencarcongress.com | accessdate=31 January 2011}}</ref>
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|PtoW=~{{nowrap|250-~340 W/kg}}<ref name="PanaLI"/>
|CtoDE=80–90%<ref name="PHEV1">Valøen, Lars Ole and Shoesmith, Mark I. (2007). [https://web.archive.org/web/20090326150713/http://www.pluginhighway.ca/PHEV2007/proceedings/PluginHwy_PHEV2007_PaperReviewed_Valoen.pdf The effect of PHEV and HEV duty cycles on battery and battery pack performance] (PDF). 2007 Plug-in Highway Electric Vehicle Conference: ''Proceedings''. Retrieved 11 June 2010.</ref>
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|SDR=0.35 % ~ 2.5 % /월 (충전 상태에 따라)<ref name="Redondo">{{서적 인용|doi=10.1109/VPPC.2016.7791723|chapter=Measuring Reversible and Irreversible Capacity Losses on Lithium-Ion Batteries|title=2016 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC)|page=7|year=2016|last1=Redondo-Iglesias|first1=Eduardo|last2=Venet|first2=Pascal|last3=Pelissier|first3=Serge|isbn=978-1-5090-3528-1|chapter-url=https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01393614/document|url=https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01393614}}</ref><!--when full. Near zero when partial-->
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<ref>[http://www.thermoanalytics.com/support/publications/batterytypesdoc.html Battery Types and Characteristics for HEV] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150520021436/http://www.thermoanalytics.com/support/publications/batterytypesdoc.html |date=20 May 2015 }} ThermoAnalytics, Inc., 2007. Retrieved 11 June 2010.</ref>
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[[파일:Lithium-Ionen-Accumulator.jpg|섬네일|오른쪽|300px|[[독일]] 알트루스하임의 자동차 박물관에 소장된 VARTA사의 리튬 이온 전지]]
[[파일:Lithium-Ion Cell cylindric.JPG|섬네일|300px|폐관 원통형 전지 (18650)]]

'''리튬 이온 전지'''(-電池, Lithium-ion battery, Li-ion battery)는 [[이차 전지]]의 일종으로 [[방전]] 과정에서 [[리튬]] [[이온]]이 [[음극]]에서 [[양극]]으로 이동하는 [[전지]]이다.<ref>[https://www.youtube.com/watch?v=qEvqUn6EsOE 리튬 이온 전지, 어떻게 작동할까?]. 공학 코너. 2019년 7월 18일.</ref> [[충전]]시에는 리튬 이온이 [[양극]]에서 [[음극]]으로 다시 이동하여 제자리를 찾게 된다. [[리튬 이온]] 전지는 [[충전]] 및 재사용이 불가능한 [[일차 전지]]인 [[리튬 전지]]와는 다르며, [[전해질]]로서 [[고체]] [[폴리머]]를 이용하는 [[리튬 이온 폴리머 전지]]와도 다르다.

리튬 이온 전지는 [[에너지 밀도]]가 높고 [[기억 효과]]가 없으며, 사용하지 않을 때에도 [[자가방전]]이 일어나는 정도가 작기 때문에 시중의 휴대용 전자 기기들에 많이 사용되고 있다. 이 외에도 에너지밀도가 높은 특성을 이용하여 방산업이나 자동화시스템, 그리고 항공산업 분야에서도 점점 그 사용 빈도가 증가하는 추세이다.<ref>{{웹 인용 |url=http://www.cleantech.com/news/3694/electrovaya-tata-motors-make-electric-indica |제목=Electrovaya, Tata Motors to make electric Indica |확인날짜=2010년 6월 11일 |보존url=https://web.archive.org/web/20110509010846/http://www.cleantech.com/news/3694/electrovaya-tata-motors-make-electric-indica |보존날짜=2011년 5월 9일 |url-status=dead }}</ref> 그러나 일반적인 리튬 이온 전지는 잘못 사용하게 되면 폭발할 염려가 있으므로 주의해야 한다.

리튬 이온 전지는 크게 양극, 음극, 전해질의 세 부분으로 나눌 수 있는데, 다양한 종류의 물질들이 이용될 수 있다. 상업적으로 가장 많이 이용되는 음극 재질은 [[흑연]]이다. 양극에는 층상의 [[리튬코발트산화물]](lithium cobalt oxide)과 같은 [[산화물]], [[인산철리튬]](lithium iron phosphate, LiFePO<sub>4</sub>)과 같은 [[폴리음이온]], [[리튬망간 산화물]], [[스피넬]] 등이 쓰이며, 초기에는 [[이황화티탄]](TiS<sub>2</sub>도 쓰였다.<ref>{{웹 인용 |url=http://www.mrs.org/s_mrs/sec_subscribe.asp?CID=2932&DID=173328 |제목=MRS Website : Theme Article - Science and Applications of Mixed Conductors for Lithium Batteries |확인날짜=2009-11-12 |archive-date=2009-03-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20090318041620/http://www.mrs.org/s_mrs/sec_subscribe.asp?CID=2932&DID=173328 }}</ref> 음극, 양극과 전해질로 어떤 물질을 사용하느냐에 따라 전지의 [[전압]]과 수명, 용량, 안정성 등이 크게 바뀔 수 있다. 최근에는 [[나노기술]]을 응용한 제작으로 전지의 성능을 높이고 있다.

전지의 용량은 [[암페어시|mAh]](밀리암페어시) 또는 Ah(암페어시)로 표시하는데, 휴대폰에 사용하는 전지는 3000~4000mAh가 가장 많이 쓰이며, [[스마트폰]]에는 1500~5000mAh도 사용된다. 노트북에 사용되는 전지는 2400~5500mAh가 가장 많이 사용된다.

== 역사 ==
리튬 이온 전지는 미국 뉴욕 [[빙엄턴 대학교]]의 [[스탠리 휘팅엄]] 교수와 [[엑슨 (회사)|엑슨]]에 의해 [[1970년대]]에 처음 제안되었다.<ref>[http://dx.doi.org/10.1126/science.192.4244.1126 Electrical Energy Storage and Intercalation Chemistry - WHITTINGHAM 192 (4244): 1126 - Science]</ref> 휘팅엄 교수는 이황화티탄을 양극으로, [[금속]] 리튬을 음극으로 사용하였다.
이후 [[1980년]]에 [[라시드 야자미]]를 필두로 하는 [[그르노블 공과대학]](INPG)과 [[CNRS|프랑스 국립 과학 연구센터]]의 연구진에 의해 흑연 내에 삽입된 리튬 원소의 전기화학적 성질이 밝혀졌다. 그들은 리튬과 폴리머 전해질, 흑연으로 이루어진 반쪽 전지 구조에 대한 실험을 통하여 흑연에 리튬 원소가 가역적으로 삽입됨을 밝혀냈고, [[1982년]]과 [[1983년]]에 해당 연구 내용이 출판되었다.<ref>Yazami, R. and Touzain, Ph., ''International Meeting on Lithium Batteries'', Rome, April 27–29, 1982, C.L.U.P. Ed. Milan, Abstract # 23</ref><ref>Journal of Power Sources, vol.9, issue 3-4, 365-371, 1983</ref> 이 연구는 리튬의 흑연 내 가역적 삽입에 관해 [[열역학]]적인 내용과 이온 확산에 관련된 [[동역학]]적인 내용을 모두 포함하고 있다.

기존의 리튬 전지는 음극이 금속 리튬으로 이루어져 있었고, 그 때문에 안전성이 낮았다. 따라서 리튬 이온 전지는 금속의 리튬 덩어리가 아니라 리튬 이온을 포함하는 물질을 음극과 양극으로 사용하는 방향으로 개발되었다. [[1981년]] [[벨 연구소]]에서는 리튬 전지에 금속 리튬 대신 사용 가능한 흑연 음극을 개발하여 특허를 획득하였다.<ref>[http://v3.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=US&NR=4304825&KC=&FT=E US Patent 4304825], "Rechargeable Battery", granted 1981-12-08</ref> 그 후 [[존 구디너프]]가 이끄는 연구팀이 새로운 양극을 개발<ref>{{웹 인용 |url=http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-adv.htm&r=0&f=S&l=50&d=PTXT&RS=IN%2F%22goodenough%22&Refine=Refine+Search&Refine=Refine+Search&Query=in%2F%22goodenough%2C+john%22 |제목=USPTO search for inventions by "Goodenough, John" |확인날짜=2009-11-12 |archive-date=2021-02-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210225082135/http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-adv.htm&r=0&f=S&l=50&d=PTXT&RS=IN%2F%22goodenough%22&Refine=Refine+Search&Refine=Refine+Search&Query=in%2F%22goodenough%2C+john%22 |url-status= }}</ref>함으로써 비로소 [[1991년]] [[소니]]에 의해 최초의 상업적 리튬 이온 전지가 출시되었다. 당시의 배터리는 층상 구조의 산화물([[리튬코발트산화물]])을 이용하였으며, 당시 [[가전제품]] 분야에 혁명을 일으켰다.

1983년 태커레이(Michael Thackeray)와 구디너프 등이 [[망간]]으로 이루어진 [[스피넬]]을 양극 물질로 사용할 수 있음을 발견하였다.<ref>M.M.Thackeray, W.I.F. David, P.G. Bruce, and J.B. Goodenough (4 February 1983), "Lithium insertion into manganese spinels", vol. 18, Elsevier, pp. 461-472. [[디지털 객체 식별자|DOI]]:[http://dx.doi.org/10.1016/0025-5408(83)90138-1 10.1016/0025-5408(83)90138-1]</ref> 스피넬은 가격이 싸고 [[전기전도도]]와 리튬 이온 전도도가 우수하며 구조적으로 안정적이기 때문에 매우 각광받았다. 비록 순수한 망간으로 이루어진 스피넬은 반복되는 사용으로 인해 성능이 저하되지만, 이러한 점은 스피넬을 구성하는 화학 원소에 변화를 줌으로써 해결할 수 있다.<ref>Gholamabbas Nazri, Gianfranco Pistoia (2004), [http://books.google.com/books?id=k4duxuea3eIC Lithium batteries: science and ... - Google Books], Springer, Retrieved 2009-10-08</ref> 망간 스피넬은 오늘날 상업적인 리튬 이온 전지들에 사용되고 있다.<ref>{{웹 인용 |url=http://www.spectrum.ieee.org/sep07/5490# |제목=IEEE Spectrum: Lithium Batteries Take to the Road |확인날짜=2009-11-12 |보존url=https://web.archive.org/web/20090525141110/http://www.spectrum.ieee.org/sep07/5490# |보존날짜=2009-05-25 |url-status=dead }}</ref><br />

그리고 [[1985년]]에 [[도시바]]의 미즈시마 고이치(水島公一)는 최초로 리튬 이온 전지의 정극 재료를 개발하였다. 이 성과를 살려, 같은 해 [[아사히 카세이]]의 [[요시노 아키라]]가 현재 쓰이는 리튬 이온 전지에 가까운 원형을 만들어내었다.<ref>[http://www.newspim.com/news/view/20181001000462 日, 생리의학·물리학·화학에서 노벨상 수상 기대, 2018-10-01]</ref>

[[1989년]] [[텍사스 대학교 오스틴]]의 만티람(Arumugam Manthiram)과 구디너프는 폴리음이온을 함유하는 양극이 유도 효과를 갖기 때문에 산화물을 사용하는 양극보다 더 높은 전압을 낼 수 있음을 발견하였다.<ref>A. Manthiram and J.B. GoodenoughCorresponding (16 may 1989), "Lithium Insertion into Fe2(SO4)3 frameworks", Journal of Power Sources(Elsevier B.V.) vol 26 (3-4): 403-408</ref>
이를 바탕으로 1990년말 [[소니]]의 니시 요시오(西美緒)는 처음으로 리튬 이온 전지의 개발에 성공했고<ref>[https://president.jp/articles/-/1946 世界初の量産化に成功したソニー, 2011-09-02]</ref>, 이듬해 1991년 [[소니]]는 리튬 이온 전지를 대량생산하여 상용화했다.

[[1996년]] 파디(Akshaya Padhi), 구디너프 등은 인산철리튬과 [[감람석]] 결정구조를 갖는 인산금속계 리튬을 리튬 이온 전지의 양극 물질로 사용할 수 있음을 발견했다.<ref>[http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JESOAN000144000004001188000001&idtype=cvips&gifs=yes Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries, A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy and J.B. Goodenough, J. Electrochem. Soc., 144, 1188-1194 (1997)]</ref> 인산철리튬은 여느 양극 물질과 비교해도 저렴한 가격과 뛰어난 안전성, 성능, 그리고 안정적인 작동 성능을 보였다. 리튬 인산철은 고방전, 급속충전에는 약하나, 0.5C 에서는 안전성을 요구하는 [[에너지 저장]] 장치로서 적합하다. 인산철리튬은 오늘날 [[노트북 컴퓨터]]와 같은 휴대용 전자기기 등에 널리 사용되고 있다.

[[2002년]] [[MIT]]의 치앙(Yet-Ming Chiang)과 그 연구팀은 전극에 [[알루미늄]]이나 [[니오브]], 또는 [[지르코늄]]을 [[도핑 (반도체)|도핑]]함으로써 전기전도도를 크게 증가시켜 리튬 이온 전지의 성능을 극대화할 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나 이 도핑 처리에 의해 성능이 향상되는 원리가 실제로 어떻게 되는지에 대해서는 많은 논쟁이 있다.<ref name=Economist>"[http://www.economist.com/science/tq/displaystory.cfm?story_id=10789409 In search of the perfect battery]", The Economist, 2008-03-06, Retrieved 2008-08-24</ref>

[[2004년]] 치앙의 연구팀은 또 다른 기술을 개발하는데, 100[[나노미터]]의 지름을 갖는 인산철 입자를 전극에 도핑하는 것이다. 이를 통하여 밀도가 100분의 1 이하로 감소하였고 전극의 표면적과 전지의 용량이 증가하는 효과를 얻었다. 인산철을 이용하는 기술의 상업화는 치열한 시장 경쟁을 낳았고, 또한 치앙과 구니너프 간의 특허 침해 분쟁을 야기했다.<ref name=Economist/>

== 충전 ==
리튬 이온 전지의 충전 과정은 크게 두 단계로 이루어진다.
# 정전류 과정: 충전기가 일정 전류를 유지하도록 전압을 점차적으로 올려가면서, 한계전압에 이를 때까지 전류를 공급하는 과정이다.
# 정전압 과정: 전지가 한계전압에 이르면 일정 전압을 유지하면서 전류가 문턱값보다 낮아질 때까지 전류를 공급하는 과정이다. 보통 문턱 전류값은 초기 전류값의 약 3% 정도이다.

전지가 다중 셀로 구성되어 있는 경우, 등전류 과정과 등전압 과정 사이에 각 셀이 모두 동일한 전압값을 갖도록 조정하는 과정이 추가된다.

보통 리튬 이온 전지는 셀당 4.2 ± 0.05 V 정도의 전압으로 충전되고, 전지 수명이 중요한 군용 전지는 3.92 V를 이용한다. 전지의 보호회로는 입력 전압이 4.3V이상이면 입력을 차단한다. 배터리의 전압이 셀 당 2.5V 이하로 내려가면 보호회로가 정지되므로 일반 충전기로는 더 이상 충전을 할 수 없다. 대부분의 전지는 셀당 2.7-3V 정도에서 작동을 정지한다.<ref>[http://courses.ece.illinois.edu/ece445/projects/fall2007/project10_design_review.doc "Design Review For: Advanced Electric Vehicle Battery Charger, ECE 445 Senior Design Project".] {{웨이백|url=http://courses.ece.illinois.edu/ece445/projects/fall2007/project10_design_review.doc |date=20130504121516 }} 090521 courses.ece.illinois.edu</ref>

== 같이 보기 ==
{{위키공용분류}}
* [[리튬 전지]]
* [[이차 전지]]
* [[리튬이온 중합체 전지]]

== 각주 ==
<references />

== 외부 링크 ==
* {{네이버캐스트|5638}}
{{전거 통제}}

[[분류:리튬 이온 전지| ]]
[[분류:리튬]]
[[분류:이차 전지]]
[[분류:20세기 발명품]]