파우치형 리튬이온전지의 열폭주 전이 방지에 관한 실험연구

Experimental Study on Prevention of Thermal Runaway Propagation in Pouch-type Lithium-ion Batteries

본 논문은 파우치형 리튬이온전지에 열적 이상조건을 공급하여 열폭주 전이 특성과 열폭주 전이 방지대책에 대하여 분석하였다. 가로 × 세로 × 높이 각각 1.5 m인 실험챔버에서 파우치형 리튬이온전지의 용량, 수량 및 소화약제적용 유무를 분류하여 실험을 수행하였다. 실험결과 하나의 셀에서 열폭주가 발생하면 일정시간 이후 인접 셀로 열폭주 전이가 발생하였다. 최초 열폭주가 발생한 셀의 표면온도는 200 ℃ 이상에서 나타났고, 인접 셀에 열전달로 인해 열폭주가 전이되었다. 열폭주 발생 시 소화약제를 적용한 경우 냉각효과에 의해 인접 셀로 열폭주 전이를 차단할수 있었으나, 셀 용량이 100 Ah인 셀에서는 화염발생 지속시간이 길어 열폭주는 차단하지 못하였다. 열폭주 전이를방지하기 위해서는 냉각효과가 있는 소화약제 선정이 필요할 것으로 판단되며, 모듈 단위에 적용 시에는 용량 및모듈 구조 등을 고려한 소화시스템 설치가 요구된다.

In this study, thermal runaway propagation characteristics and measures to prevent this phenomenon were analyzed byapplying abnormal thermal conditions to pouch-type lithium-ion batteries. Experiments were conducted in a 1.5 m × 1.5m × 1.5 m experimental chamber. During the experiment, pouch-type lithium-ion batteries were grouped according tocapacity, quantity, and the use of fire extinguishing agents. Experiments showed that when thermal runaway occurred ina cell, it propagated to the adjacent cell after a certain period. The surface temperature of the cell where thermal runawayfirst occurred was above 200 ℃, and thermal runaway propagated via heat transfer to the adjacent cell. In the case ofthermal runaway, when a fire extinguishing agent was applied, the propagation of thermal runaway to adjacent cells wasprevented due to a cooling effect. However, at a cell capacity of 100 Ah, flame generation persisted and thermal runawaywas unavoidable. To prevent thermal runaway propagation, it is necessary to select an extinguishing agent that exerts acooling effect. The capacity and structure of the model unit should be considered when installing fire extinguishing systems.