06. 집전체로 Al,Cu 금속을 사용하는 이유 및 특징

배터리는 양극,음극,분리막,전해질 4개로 구성되어 있다. 양극과 음극을 코팅할때 집전체를 사용하는데 이 집전체는 양극활물질과 음극활물질에 전류를 전해주는 역할을 한다. 이때, 양극에 사용하는 집전체는 Al를 사용하고, 음극에 사용하는 집전체는 Cu를 사용하는데 그 이유와 각 금속의 특징에 대해 알아보자.

 

1) 집전체의 역할 

리튬이온전지는 외부도선으로부터 전자를 공급받거나 제공하여, 에너지를 저장하거나 사용하는 장치를 말한다. 이때, 전자의 흐름은 외부도선에서 전극리드 (탭)을 거쳐 금속포일 (집전체), 도전재, 활물질 (active materials) 순서로 흐른다. 

전극에 고르게 전자를 전달하기 위해서는 집전체(Current collector)가 필요하다. 집전체는 전극과 일정한 거리에 존재해야 하는데, 그렇기 때문에 foil 또는 mesh 형상이 유리하다. 집전체는 전자전달이 용이해야 하기 때문에 전도성이 우수한 금속, 탄소 등이 적합하다. 

              전자의 흐름 : 외부도선 → 전극리드(탭) → 금속 포일(집전체) → 도전재 → 활물질 (active materials)

 

2) 집전체의 필수요건

• 전기전도성이 우수해야 한다.
• 기계적강도가 높아야 한다.
• 화학적, 열적, 전지적으로 안정적이여야 한다.
• 전극층과 잘 붙여있어야 한다. 

3) Al foil 의 역할 및 특징

• 전기전도성이 우수하다.
• 가격이 저렴하다,
• 가볍고 가공성이 우수하다.
• 표면 부동태막의 생성으로 고전압에서도 부식이 미미하다. (쉽게 산화가 안된다.)

4) Cu foil 의 역할 및 특징

• 전기전도성이 매우 우수하다.
• 가공성이 우수하다.
• 리튬과 합금화 반응을 일으키지 않으며, 기계적 특성이 우수하다.
• 가격문제와 표면 산화/과방전 시 용출등의 단점이 있다.