리튬 이온 배터리 용량 저하 메커니즘

리튬 이온 배터리의 용량 저하는 가역적 용량 손실과 비가역적 용량 손실로 구분됩니다. 가역적 용량 손실은 비교적 "경미"하며, 충전-방전 프로토콜 조정(예: 충전 전류 최적화, 전압 한계) 및 사용 조건 개선(예: 온도/습도 제어)을 통해 부분적으로 회복될 수 있습니다. 반면, 비가역적 용량 손실은 배터리 내부의 비가역적 변화로 인해 발생하여 영구적인 용량 감소로 이어집니다. 사이클 수명 시험에 대한 GB/T 31484-2015 표준은 "표준 사이클 수명 시험 중 방전 용량은 500회 사이클 후 초기 용량의 90%, 1,000회 사이클 후 80% 미만으로 떨어지지 않아야 한다"고 규정하고 있습니다. 이러한 표준 사이클 범위 내에서 배터리 용량이 급격히 감소하는 경우, 일반적으로 비가역적 성능 저하 메커니즘을 포함하는 용량 감소 고장으로 분류됩니다.

I. 재료 관련 요인

1. 음극 재료 구조적 저하

2. 양극 표면의 과도한 SEI 성장

3. 전해질 분해 및 분해

4. 집전장치 부식

5. 배터리 시스템의 미량 불순물

원료를 통해 유입된 전이 금속 불순물(Fe, Ni, Co)은 산화환원 반응에 참여하거나, 전해질 분해를 촉진하거나, Li⁺ 삽입과 경쟁할 수 있습니다. 또한 이러한 불순물은 SEI 층을 불안정하게 만들어 양극 부반응을 악화시킵니다.

II. 운영 환경 요인

1. 온도 효과

2. 충전-방전 속도(C-Rate)

3. 과충전/과방전

• 과방전은 양극을 과리튬화시켜 구조를 불안정하게 만들고 전해질 감소를 유발합니다. 보호 회로가 없는 초기 스마트폰은 이러한 과방전으로 인해 용량이 급격히 감소했습니다.

배터리 고장의 결과

심각한 용량 저하는 충전 시간 부족(예: 충전 후 기기 작동이 짧은 경우) 또는 비정상적인 충전 동작(예: 충전 속도 저하)으로 나타납니다. 중요한 애플리케이션의 경우:

• 그리드 규모 에너지 저장: 배터리 고장으로 인해 전력 공급의 안정성이 불안정해지고 그리드 보안이 위협받습니다.