리튬이온 전지의 내압변화 원인과 안전변의 작동압 피로 시험

Abstract

하이브리드 전기자동차용 리튬 이온 이차 전지의 케이스에는 전지의 열폭주시 발생할 수 있는 폭발을 방지하기 위한 안전변(Safety Vent)를 사용하게 된다. 이 안전변은 두께가 얇은 알루미늄 소재를 사용하고 있으며 작동압을 낮추기 위해 표면에 노치를 가공하게 된다. 노치부의 두께는 수 십 마이크로 정도로 아주 얇기 때문에 구조적으로 취약한 부분이다. 자동차용 전지의 내부 구성요소는 유기용매, 리튬금속산화물, 리튬이온 등 반응성이 높은 물질들로 이루어져 있어 온도가 높을 경우 부반응을 발생시키고 이로 인하여 전지의 내부 압력이 변동하게 되며, 이러한 변동은 안전변에 피로 특성을 가져온다. 따라서 15년 이상의 수명을 요구하고 있는 자동차에서 전지가 어떠한 환경에 노출될지 예측할 수 없기 때문에 안전변의 신뢰성이 상당히 중요하다. 본 연구에서는 전지의 내압변화를 발생시키는 변수들을 선정하고 실험을 통해 전지의 내압이 어떠한 거동을 보이는지 관찰하였다. 이러한 결과를 바탕으로 안전변의 피로 시험 특성을 실시하였으며 15년 동안의 자동차 환경에서 문제가 없음을 확인하였다. 이러한 결과를 기반으로 안전변의 설계변경이 필요할 경우 내구성 시험의 판단기준으로 활용할 수 있을 것이다.