단일 및 다중 이차전지의 열폭주 특성에 관한 실험적 연구

An Experimental Study on the Thermal Runaway Characteristics of Single and Multiple Lithium-Ion Cells

본 연구에서는 NCA 계열 18650 리튬이온전지를 대상으로 단일 및 다중 셀 조건에서 열폭주 특성을 실험적으로 검토하였다. 단일 셀 조건에서 열폭주는 평균 표면온도 186.9 ℃에서 개시되었으며, 최대 열방출률은 7.6 ± 0.8 kW로 반복 실험을 통해 높은 재현성을 확인하였다. 다중 셀 조건에서는 셀 간의 열 접촉 조건 및 승온 속도의 차이로 인해 2nd, 3rd cell의 열폭주 개시 온도가 각각 207.8 ℃, 211.9 ℃로 상승하였고, 2nd, 3rd cell로의 열폭주 전이 시간은 평균 54.7 s, 87.0 s로 나타났다. 열방출률 측정 결과 열폭주의 전이에 따라 세 개의 뚜렷한 peak가 관찰되었다. 또한 다중 셀의 조건에서 열방출률의 거동은 단일 셀의 단순 합으로 설명될 수 없으며, 열폭주의 강도는 venting의 지속시간, 승온속도에 큰 영향을 받아 변화함을 확인하였다.

This study experimentally investigated thermal runaway in NCA-type 18650 lithium-ion cells under single- and multiple-cell configurations. In single-cell tests, thermal runaway began at an average surface temperature of 186.9 ℃, with a maximum heat release rate (HRR) of 7.6 ± 0.8 kW, showing high reproducibility. In multiple-cell tests, the onset temperatures of the 2nd and 3rd cells rose to 207.8 ℃ and 211.9 ℃, influenced by thermal contact and heating rate, with propagation times of 54.7 s and 87.0 s. HRR data showed three distinct peaks during propagation, indicating that multiple-cell behavior cannot be explained by simply summing single-cell results. The severity of thermal runaway was strongly affected by venting duration and heating rate.