과충전에 의한 파우치형 리튬이온전지의 열폭주 발생 특성에 관한 실험연구

Characteristics of Thermal Runaway Generation of Pouch-type Lithium-ion Batteries by Overcharging

본 논문은 리튬이온전지의 열폭주 발생 실험을 통하여 열폭주 전조현상 및 특성을 분석한 것이다. 리튬이온전지의 열폭주를 발생시키기 위해 전기적인 이상 조건인 과충전을 적용하였다. 열폭주 발생 실험은 가로 × 세로 × 높이각각 1.5 m인 실험챔버에서 수행하였고, 파우치형 리튬이온전지의 용량과 양극재의 종류 등을 분류하여 실험을 하였다. 실험결과 열폭주 이전 리튬이온전지에서 전압 및 온도에서 반복적인 특성을 보였고, 전압 및 온도 특성을 통하여열폭주를 사전에 감지할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한 리튬이온전지의 셀 표면온도가 약 100 ℃에서 일정기간유지 후 열폭주 현상이 발생하였다. 리튬이온전지의 전압은 열폭주 이전에는 완만하게 상승하였으나 변곡점(Vmax)이후 전압이 하강하는 현상을 보였다. 전압은 일정 시간 하강한 이후에 급격히 상승하였고, 변곡점(Vmax) 이전의 전압 상승률(V/min) 보다 높게 나타났다.

This study analyzes thermal runaway (TR) characteristics via experiments conducted on lithium-ion batteries. To generatethe TR of lithium-ion batteries, overcharge was applied as an electrical abuse condition. The TR experiment was conductedin a chamber with the dimensions of 1.5 × 1.5 × 1.5 m by classifying the capacity of a pouch-type lithium-ion batteryand cathode material employed. The experimental results demonstrated that the lithium-ion battery before TR exhibitedrepetitive voltage and temperature characteristics, and that TR could be detected in advance based on these characteristics. TR occurred after the cell surface temperature of the lithium ion battery was maintained at approximately 100 ℃ for acertain duration. The voltage of the lithium-ion battery gradually increased before TR; however, the voltage decreased afterthe inflection point (Vmax) was crossed. Then, the voltage increased sharply after decreasing for a certain duration and washigher than the voltage increase rate (V/min) observed before the inflection point (Vmax) was attained.