연세대, 리튬이온배터리 열분해 실험 분석
열폭주 예측 등 배터리 안전성 향상에 기여
열폭주 예측 등 배터리 안전성 향상에 기여
연구재단 제공
한국연구재단은 홍종섭 연세대 교수 연구팀이 전기차용 이차전지로 널리 쓰이는 하이 니켈 양극재 기반 리튬이온 배터리의 안전성 향상과 전기차 신뢰성을 높일 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.
리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높아 전기차용으로 많이 사용되고 있으나, 여러 기계적·전기적 남용으로 배터리가 폭발하는 열폭주 현상이 발생해 운전자와 차량 안전을 위협하고 있다. 그 중에서 하이 니켈계 양극재는 열적 안전성이 떨어져 열폭주의 주요 원인이 되기도 한다.
하지만 니켈 함량이 80% 이상인 양극에 대한 연구가 활발하지 않고, 배터리 내부 소재 간 연구도 미흡했다.
연구팀은 리튬이온 배터리를 제작, 충전, 분해해 양극과 음극, 전해액, 분리막별 소재 간 총 15가지 조합에 따른 열분해 실험을 했다. 이 실험을 통해 반응 온도와 발열량을 계산하고, 열분해로 발생하는 가스와 질량 변화를 분석해 하이 니켈계 양극재를 사용하는 리튬이온 배터리의 상온부터 500도 환경에서 열폭주 반응 메커니즘을 규명했다. 아울러, 활성물질과 전해액 감소를 반영해 온도별 열, 부피, 압력을 모사할 수 있는 신뢰도 높은 열폭주 반응 모델을 개발했다.
이를 토대로 연구팀은 다양한 비정상 상황에서 셀 성능 저하와 열폭주를 예측할 수 있게 됐다고 연구팀은 설명했다. 대먼적 배터리 실험의 다양한 제약을 극복하고 배터리 안전성을 높이기 위한 기술 발전에도 기여할 것으로 내다봤다.
홍종섭 교수는 "리튬이온 배터리의 열폭주 메커니즘과 반응 모델을 분리막 용융에 따른 셀 성능 저하와 열폭주 예측 및 검증에 활용할 계획"이라고 말했다.
이 연구결과는 반응공학 분야 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(지난 3일자)'에 게재됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
[ 저작권자 ⓒ디지털타임스, 무단 전재 및 재배포 금지 ]
