배터리 내부에는 머리카락보다도 얇지만, 배터리를 충·방전할 때 전기적 반응이 일어날 수 있도록 돕는 요소가 있다고 합니다. 여기에서 말하는 요소는 무엇일까요? 집전체란 무엇을 의미하는지 소개해 드리겠습니다.
‘집전체’란?
배터리의 제조 공정 중, 전극 공정에서는 각종 소재를 믹싱한 슬러리를 집전체에 균일하게 코팅하는 과정을 거치게 됩니다. 이때 ‘집전체’란 머리카락보다 얇은 약 10μm 두께의 막을 뜻하는데요. 배터리를 충·방전할 때, 전기화학반응이 일어날 수 있도록 전자를 외부에서 활물질로 전달하거나 활물질에서 내보내는 역할을 합니다.
집전체의 소재
리튬이온배터리의 접전체의 소재는 음극과 양극으로 나뉘는 극판의 종류에 따라 달라집니다. 음극 집전체에는 탄소 전극의 작동 범위에서 전기화학적 반응에 안정적이며, 전기 전도성이 좋은 구리 포일을 주로 사용합니다. 반면, 양극 집전체에는 높은 전위에서도 전기화학적 반응이 안정적이고 전기 전도성이 좋은 알루미늄 포일을 사용합니다.
집전체의 제조 기술
극판의 종류에 따라 제조 기술 또한 달라집니다. 양극용 알루미늄 포일은 압연 공정을 통해 알루미늄 조각을 얇고 고르게 펴낸다면, 음극용 구리 포일은 전해 도금 공정을 통해 구리 와이어를 용해하는 과정을 거쳐 제조합니다.
산학계에서는 배터리의 에너지 밀도를 더욱 높이기 위해 부피와 무게를 많이 차지하는 음극재를 없앤 ‘음극 집전체 개발’에 대한 연구를 활발하게 진행하고 있다 하는데요. 새로운 집전체 기술 개발이 차세대 배터리의 음극 설계에 어떤 영향을 끼칠지 궁금해집니다.