리튬이온전지의 열폭주 방지를 위한 난연성 전해액 개발

KIST 리튬이온전지 열폭주 막는 난연성 전해액 BMEC 개발

 
리튬 이온 배터리는 전기 자동차 및 에너지 저장 시스템을 포함한 다양한 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 이러한 배터리에 대한 슈요가 증가하면서 화재 및 폭발 위험에 대한 우려가 대두되었습니다. 배터리 열의 연쇄 반응인 열 폭주는 치명적인 화재로 이어질 수 있으며 사람의 안전에 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 열 폭주에 기여하는 중요한 중요한 구성 요소 중 하나는 전해질, 특히 리튬 이온 배터리에 사용되는 선형 유기 카보네이트 용액입니다.

*출처 : 인더스트리 뉴스

 
 
 
한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구센터 이민아 박사와 서동화 교수 공동연구팀, 리튬이온 배터리의 안전성 향상 요구에 부응 KAIST와 한국생산기술연구원(KITECH) 연구원들이 화재 및 열폭주 억제에 상당한 진전을 이뤘습니다. 그들의 돌파구는 선형 유기 탄산염의 분자 구조를 제어하여 상온에서 불이 붙지 않는 난연성 전해질의 개발과 관련이 있습니다.
 
 

난연성 향상

 
전통적으로 전해질의 난연성을 향상하려는 노력에는 과도한 불소 원자 또는 고농도 염을 도입하는 것이 포함되었습니다. 그러나 이러한 접근 방식은 종종 전해질의 이온 수송 능력을 손상시키거나 상용 전극과의 호환성에 악영향을 미쳐 상업적 실행 가능성과 대량 생산을 제한했습니다.
 
 
연구팀은 연구에서 알킬 사슬 확장과 알콕시 치환의 이중 전략을 사용하여 분자 간의 상호 작용을 강화하고 상업용 리튬에 일반적으로 사용되는 DEC(디에틸 카보네이트)로 알려진 선형 유기 카보네이트 분자에서 리튬 염을 용해하는 능력을 개선했습니다. 이온 배터리 전해질. 이로 인해 BMEC(bis(2-methoxyethyl) carboonnate)라는 새로운 전해질이 개발되었습니다. BMEC 용액은 기존 DEC 용액보다 90℃ 높은 121℃의 인화점을 나타냈다. 또한 작동 온도에서 발화원에 노출되었을 때 불연성을 입증했습니다. 새로운 전해질은 또한 DEV의 단순한 알킬 사슬 확장을 통해 얻은 DBC(디부틸 카보네이트) 용액에 비해 향상된 리튬염 해리를 보여 향상된 난연성과 관련된 느린 리튬 이온 전달 문제를 해결했습니다.
 
 

향상된 안전성 및 호환성

 
테스트 결과 개발된 전해질은 충전된 양극으로 고온에 노출되었을 때 가연성 가스 발생을 37% 발열을 62% 줄였습니다. 또한 연구팀은 대표적인 상용 전극소재인 하이니켈과 흑연계 양극을 활용한 1Ah급 리튬이온 배터리에 새로운 전해액을 적용하는 데 성공했습니다. 배터리는 500회 이상 안정적으로 동작해 화환성을 입증했다. 또한 70% 충전 4Ah급 리튬이온 배터리에 대한 침투 테스트를 통해 열폭주 억제를 확인했습니다.
 
 

향후 영양 및 친환경성

 
KIST 이민아 박사는 성능, 경제성, 안전성의 상충관계를 다룸으로써 난연성 전해질 연구의 새로운 가능성을 열었다며 이번 연구의 의의를 강조했습니다. 개발된 전해액과 기존 배터리 제조 인파라와의 호환성은 상용화 가능성을 열어 열 안정성이 우수한 고성능 배터리 등장에 기여했습니다.
 
 
한국생산기술연구원 백자연 박사는  BMEC 용매가 에스테르 교환 반응을 통해 저가의 촉매로 합성할 수 있어 확장성과 친환경성을 강조했습니다. 향우 연구는 C1 가스 (CO 또는 CO2)를 활용한 추가 합성 방법을 탐색하여 환경적 지속 가능성을 더욱 향상시키는 것을 목표로 하고 있습니다.
 
 

결론

 
연구팀의 공동 노력으로 화재 위험을 효과적으로 줄이고 리튬 이온 배터리의 열 폭주를 방지하는 난연성 전해질인 BMEC를 개발했습니다. 이 돌파구는 다양한 응용 분야에서 안정성이 높은 리튬 이온 배터리의 광범위한 채택을 약속합니다. 기존 배터리 제조 인프라와의 호환성 및 대규모 생산 가능성을 갖춘 난연성 전해질은 리튬 이온 배터리 기술의 안전성과 신뢰성을 향상시키는 데 중요한 단계를 제공합니다.