05. N/P ratio에서 음극의 로딩이 더 높은 이유 및 문제점

1) N/P Ratio란?
: N/P Ratio : 음극과 양극의 단위면적당 용량의 비율을 의미하는 뜻으로 대향비를 뜻한다. 일반적으로 음극의 단위면적당 가역용량을 양극의 단위면적당 가역용량으로 나누어 100을 곱해주어 구한다. 이때, 100이상의 값이 나오는것이 일반적인데, 그 이유는 음극의 로딩이 양극보다 5~20% 더 높기 때문이다. 

                      N/P Ratio = (음극의 단위면적당 가역용량) / (양극의 단위면적당 가역용량) * 100

                 
2) 음극의 로딩이 더 높은 이유
셀을 설계할때 보통 음극의 전극 면적을 양극보다 가로, 세로를 각각 0.5~1mm 넓게 제조한다. 이때, 반드시 양극과 맞닿는 면은 음극이어야 하며 엣지에서 리튬의 전착이 발생할 수 있어 주의해야한다. 음극의 로딩을 더 높게 설계하는 이유는배터리가 충전과정일때 양극에서 음극으로 리튬이 충전되는 반응이 진행되어야 한다. 하지만 양극의 대면에 음극이 위치하지 않거나, 음극의 로딩이 낮아 양극에서 발생되는 리튬의 양보다 음극에서 받아들일 수 있는 리튬의 양이 오히려 작다면 금속리튬의 전착 (electroplating)이 발생하기 때문에 이를 방지하고자 음극의 로딩이 더 높게 설계한다. 

3) 음극의 로딩이 더 높지 않을 때의 문제점 
리튬금속의 전착 (electroplating)이 발생한다면 크게 3가지 문제를 유발할 수 있다. 첫째, 침상으로 성장하여 전지의 단락을 유발한다. 둘째, 생성된 금속리튬은 방전 시에 전부 활용되지 않으므로 효율감소로 인한 용량이 퇴화된다. 셋째, 금속리튬의 표면에서 전해질이 분해되어 피막이 성장하므로, 효율의 감소 및 저항증가가 발생할 수 있다. 

 

양극의 대면에 음극이 존재하지 않으면 음극의 엣지부분에 리튬석출이 발생할 수 있음