강제가열 18650 단전지의 벤트-열폭주 이행과 냉각 소화약제의 지연⋅억제 효과에 대한 정량평가 연구

Quantitative Evaluation of Vent-to-Thermal Runaway Transition and the Delay/Suppression Effects of Cooling Extinguishing Agents in Forced-Heated 18650 Cells

본 연구는 18650 이차전지의 열폭주(Thermal runaway) 발생 시점과 소화약제 별 냉각에 의한 열폭주 억제 성능을 상대지연계수(DF)로 평가하고자 단일 셀 기반의 실험을 수행하였다. 실험 대상은 리튬이온전지, 리튬인산철전지, 소듐이온전지 세 가지 유형으로 구성하였으며, 가열 장치(Heat controller)를 이용한 열폭주 현상을 유도하였다. 가열 과정 중 전지의 벤트(Vent)에서 발생하는 가스 분출 현상을 열폭주 전조현상으로 정의하고 물, 포 소화약제(Foam), 강화액 소화약제(Chemical liquid) 세 가지 소화약제를 열폭주 현상 발생 전 주수하였다. 이후 열폭주 억제 효과를 분석하였으며, 소화약제를 적용하지 않은 조건과의 비교를 통해 각 약제의 상대적 효과를 상대지연계수로 평가하였다. 실험 결과 모든 전지 유형에서 일관된 억제 성능을 나타내지 않았으며 화학 조성 및 특성에 따라 달라지는 것으로 확인되었다.

Single-cell-based experiments were conducted to evaluate the thermal runaway time of 18650 secondary batteries and the thermal runaway suppression on cooling with different extinguishing agents using the relative delay factor. Lithium-ion, lithium iron phosphate (LiFePO4), and sodium-ion batteries were tested using forced heating through an external controller. The gas venting observed in the battery vent was defined as the pre-runaway stage, in which water, foam, and liquid chemical agents were applied before thermal runaway. The cooling and suppression effects of each agent were analyzed and compared with the delay factor in the absence of treatment. The suppression performance was dependent on battery chemistry, and no single treatment showed consistent effectiveness across all cell types.