#10. 액체전해질 요구특성

리튬 이차전지용 액체 전해질로는 유기용매에 리튬염을 용햐시킨 유기용액이 사용된다. 유기용매 및 리튬염의 종류는 매우 많지만 실제 배터리에 사용할 수 있는 재료는 매우 한정적이다. 따라서 액체 전해질이 리튬이차전지에 적용되기 위해서는 기본적으로 요구되는 특성은 다음과 같다. 

1) 이온전도도가 높아야 한다.

전지 성능면에서 이온 전도도는 높을수록 빠른 속도로 충방전이 가능하기 때문에 두 전극 사이에서 리튬이온의 출입하는 속도와 전해질 용액 내에서의 리튬이온의 이동속도는 매우 중요하다고 할 수 있다. 일반적으로 리튬이차전지용 액체전해질에서 요구되는 최소한의 이온전도도는 10-3 S/cm 이상이다. 

2) 전극에 대한 화학적, 전기화학적 안정성이 높아야 한다.

리튬이온전지는 양극과 음극에서 전지화학적 반응을 일으키기 때문에 전해질은 음극과의 환원반응 및 양극과의 산화반응을 생각하여 원하는 전위영역 범위에서 전지화학적으로 안정해야한다. 또한, 전해질은 양극, 음극은 물론 전자내부의 각종 금속 및 고분자 재료에 대해서도 화학적으로 안정해야한다. 

3) 사용 가능한 온도 범위가 넓어야 한다.

액체 전해질에 적용되는 리튬이온전지는 휴대용 전자기기에 응용되는 경우, 일반적으로 작동 범위인 -20~60도씨의 온도영역에서 요구조건들을 만족해야한다. 일반적으로 고온일수록 전기화학적 안정성은 저하되나, 이온전도도는 증가하는 경향을 보인다. 

4) 안전성이 우수해야 한다.

전해질에 사용되는 유기용매는 일반적으로 가연성 물질이므로, 전자가 단락등의 원인에 의해 고온으로 가열되면 발화 또는 인화로 인해 연소, 폭발할 위험성이 있기 때문에 유기용매는 발화점이나 인화점이 높을수록 좋으며, 가능하면 난연성, 불연성인 재료가 적합하다. 누액이나 폐기 시에 외부환경에 노출될 가능성이 있기 때문에 독성이 낮아야 한다. 

5) 가격이 저렴해야 한다. 

전해질의 성능이 아무리 우수해도 적정한 가격이 아니면 상용화는 이루어질 수 없기 때문에 리튬이온전지 시장의 치열한 경쟁으로 신규 재료의 도입은 어려운 상황이다. 이러한 전해질이 리튬이차전지에 적용되기 위해서는 넓은 온도 영역에서 높은 이온 전도도를 보이며, 전지의 작동전압 이상으로 전해질의 안정성이 유지되는 넓은 전위창을 갖는것이 필수적이라고 할 수 있다. 전해질의 성질은 용매와 리튬염 각각의 고유한 성질에 의해 결정되며 그 조합에 의해서도 크게 변화할 수 있다.