전기차 배터리 종류, 특징(이차전지)

세계 각 나라들은 기후변화 문제로 인해 온실가스 배출을 줄이고자 각 산업에서 탄소 감축을 위해 노력을 기울이고 있습니다. 그중 자동차 산업에서는 온실가스 배출이 없는 전기차 생산으로 자동차 산업 트렌드를 옮기고 있는 상황입니다. 따라서 전기차의 핵심인 2차 전지 배터리 성능이 중심이 되고 있으며 그 종류 또한 다양합니다. 

 

 

 

 

 

 

 

1차 전지와 2차 전지의 종류

1차 전지는 흔히 알고 있는 소형 건전지와 같이 한번 사용하고 버리는 전지이며, 2차 전지는 충전과 방전 통해 반복사용이 가능한 반영구적인 화학 전지입니다. 즉 화학 에너지를 전기에너지로 바꿔 재충전이 가능한 원리입니다. 따라서 2차 전지가 전기차 배터리로 적용되어 개발되고 있습니다. 

1차전지(1회용 전지)		2차전지(충전식 전지)
망간 건전지	리모콘, 인터폰	납축전지	내연기관 자동차 배터리
알카라인 전지	게임기, 카메라	니켈 카드뮴 전지	전동 면도기, 진공청소기
수은 전지	보청기, 시계	니켈 수소 전지	AA건전지, 하이브리드 자동차 배터리
-	-	리튬 이온 전지	전기차 배터리, 노트북
-	-	리튬 폴리머 전지	드론, 노트북, 드론

 

전기차 배터리 종류

전기차 배터리는 충전과 방전이 가능한 2차 전지가 적용되며, 일반적으로 전기차 배터리는 리튬이온 배터리를 사용하고 있습니다. 다만, 2차 전지 종류로는 납축전지, 니켈 카드뮴, 니켈수소, 니켈 폴리머 등 이 있으며 각 전지마다 다른 특징을 가지고 있습니다.

	납축전지	니켈 카드뮴 전지	니켈 수소 전지	리튬 이온 전지	리튬 폴리머 전지
메모리 효과	거의 없음	있음	거의 없음	거의 없음	거의 없음
중량 에너지 밀도(Wh/kg)	30~50	45~80	60~120	110~160	100~130
사이클 수명 (80% 용량 기준)	200~300^2	1500^2	300~500^2,3	500~1000^3	300~500
충전시간	8~16시간	1시간	2~4시간	2~4시간	2~4시간
작동온도	-20~60도씨	-40~60도씨	-20~60도씨	-20~60도씨	0~60도씨
유지보수	3~6개월	1~2개월	2개월~3개월	없음	없음
비용(7.2V 기준)	25$	50$	60$	100$	100$
산업 적용 시점	1970년대	1950년대	1990년대	1991년	1999년
활용	내연기관 자동차 배터리, 지게차 배터리	전동공구	노트북, 핸드폰	전기차 배터리, IT 기기	전기차 배터리

 

 

 

 

 

 

2차전지와 3차전지 비교

2차전지와 3차전지 비교

 

납축전지 특징

• 납축전지는 대표적으로 내연기관 자동차의 배터리 혹은 지게차 배터리로 사용되고 있습니다. 여타 다른 2차 전지와 비교했을 때 가격 경쟁력이 우수하지만 느리고 비효율적인 충전방식과 무게도 무겁고, 납을 사용하기 때문에 친환경적인 측면에서 불리합니다. 또한 방전 후 장기로 보관할 경우 배터리 수명에 치명적입니다.
• 다만 대용량이 가능하며, 저온, 고온 방전 특성이 우수하다는 점이 특징입니다. 

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니켈 카드뮴 전지 특징

• 니켈 카드뮴 전지는 장기간 보관 시 충전 상태를 유지할 수 있는 안정적인 특성을 가지고 있어, 전압이 떨어져도 일정한 전력을 유지할 수 있습니다. 따라서 기계, 전동 공구 등 안전하게 사용해야만 하는 경우 사용되고 있습니다. 다만, 카드뮴은 인체에 해로운 유해물질로 폐기를 정확하게 하지 않으면 환경오염문제를 야기할 수 있으며, 메모리 효과가 있는 문제점도 있습니다.
• 여기에서 메모리 효과란 배터리를 단시간에 사용하고 완전히 방전되지 않은 상태에서 충전하는 행위를 반복하는 경우 메모리 효과가 발생됩니다. 예를 들어, 배터리를 70%를 사용하고 다시 충전하면 70% 충전이 100% 완충되었다고 기억해서 결국 70%가 자신의 용량으로 기억해 버리는 효과를 말합니다. 따라서, 충전과 방전의 관리가 필요합니다. 
• 이러한 이유로 좀 더 친환경적인 니켈 수소 전지로 대체되고 있는 상황입니다. 

 

니켈 수소 전지 특징

• 니켈 수소 전지는 니켈 카드뮴 전지를 개선한 전지로 가격 경쟁력이 있으며 배터리 수명이 깁니다. 따라서 교체 주기도 긴 편에 속하며 알칼리 배터리보다 오래 사용할 수 있습니다. 다만, 전압이 불안정한 상태가 발생되어 일반적으로 사용할 때 갑자기 전압이 떨어지는 현상이 있으며, 충전시간이 길고 충전 횟수의 한계 및 일정한 충전온도 이하에서 충전을 해야만 충전 효율을 유지할 수 있습니다.
• 즉 배터리 용량이 자연적으로 줄어드는 특성 때문에 주행거리를 중요하게 생각하는 전기차 배터리로는 치명적이기 때문에 리튬 이온 배터리가 주목받고 있습니다.  

 

리튬 이온 전지 특징

• 최근 전기자동차는 리튬이온 배터리를 적용합니다. 그 이유는 작고 가벼우면서도 에너지 밀도, 출력, 긴 라이프사이클 등 성능면에서 다른 배터리보다 우월하고 고 효율이기 때문입니다. 또한 수은, 카드뮴과 같은 유해물질을 사용하지 않으며 유지보수가 거의 필요 없는 배터리로 메모리 효과도 없습니다. 
• 다만, 폭발의 위험성 때문에 안전장치나 보호회로가 필요합니다. 

 

리튬 폴리머 전지 특징

• 리튬 폴리머 전지는 사용되는 전해질 유형에서 다른 배터리와 차별되고 있습니다. 리튬이온 배터리의 안전성 문제를 해결하기 위해 개발된 배터리로 작동원리는 리튬이온 배터리와 동일합니다. 리튬 이온 전지보다 에너지 밀도가 낮고 사이클 수가 적지만 개선 가능성이 있는 구조입니다. 상대적으로 얇은 판산 구조를 구현할 수 있고, 셀의 특성이 필름 형태이기 때문에 얇은 배터리 제조, 생산이 가능합니다.
• 따라서 디자인이 중요한 소형제품에 구현가능하며 배터리 디자인 개발이 유연합니다. 우리나라의 경우 코나 전기차, 니로 전기차에 리튬 폴리머 배터리가 적용되었습니다. 

전기차 배터리 수명(관리, 유지방법)

전기차 배터리 수명(관리, 유지방법)