분리막

배터리에서 분리막은 양극과 음극이 만나지 않도록 물리적으로 분리하는 역할을 합니다. 양극과 음극이 접촉하면 쇼트가 발생해 화재나 폭발로 이어질 수 있으므로 분리막의 역할이 중요합니다. 일반적으로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리머 소재로 분리막을 만듭니다.

분리막에는 눈에 보이지 않는 기공(pore)이 있어 리튬이온이 양극과 음극 사이를 이동할 수 있는데, 이 기공을 어떻게 만드는지에 따라 분리막의 유형이 나뉩니다. 건식 분리막은 폴리머 소재를 끓인 후 필름 형태로 굳힐 때 잡아당겨서 기공을 만든 것으로, 제조 공정이 간단하지만 기공의 크기가 일정하지 않습니다. 습식 분리막은 폴리머 소재에 용질을 섞고 여러 첨가제를 넣어 반죽해 필름을 뽑아내는 방식으로 만들어집니다. 냉각할 때 용질을 추출하여 기공을 만들기 때문에 기공의 크기가 균일한 반면, 제조 공정이 복잡해 상대적으로 값이 비쌉니다.

전해질

전해질은 리튬이온이 양극과 음극 사이를 원활히 이동할 수 있도록 돕는 물질입니다. 전해질은 리튬염, 유기용매, 첨가제로 구성되어 있습니다. 리튬염이 유기용매에 의해 리튬이온의 상태로 녹아있다고 생각하면 됩니다.

양극에서 빠져나온 리튬이온은 전해질에 녹아 있는 리튬이온을 옆으로 밀어냅니다. 한자리씩 밀리고 밀린 끝에 음극 바로 앞에 있던 리튬이온이 흑연 층 안으로 들어가게 됩니다. 따라서 많은 리튬이온이 녹아 있는 전해질을 사용하는 것이 높은 이온전도도를 갖는 것에 유리하기 때문에, 리튬이온으로 해리가 잘 되는 소재를 리튬염으로 사용해야 합니다. 

SEI 피막(계면표면피막)

SEI(Solid Electrolyte Interphase) 피막이란, 배터리를 처음 충전하여 배터리가 활성화될 때 음극 표면에 생기는 얇은 고체 막을 말합니다. 음극 표면에서 처음 전기 화학 반응이 일어나면서 전해액이 분해되어 얇은 전해질 형태의 층이 생성되는 것입니다. 

SEI 피막은 배터리의 성능과 수명에 결정적인 역할을 합니다. SEI 피막이 형성되면 추가적인 전해질의 분해와 리튬의 소모를 막아 배터리의 용량을 지킬 수 있고, 충방전 시 리튬이온을 제외한 성분들은 SEI 피막을 통과할 수 없기 때문에 흑연의 구조적 안전성을 유지하는 데 도움이 됩니다.