리튬이온전지, 열폭주

<리튬이온전지>

1. 개요

1) 2차전지로 전기에너지를 화학에너지로 저장해두었다가 필요시 전기를 발생시키는 장치
2) 리튬(Li)의 원자번호는 3으로 이온화 경향이 크고 다른 전지재료에 비해 가볍고 에너지 밀도가 높음

2. 구성요소

1) 양극
  - 리튬코발트산화물이 가장 많이 이용
  - 충전 시 양극을 이루는 물질 중 리튬이온만 빠져나와 음극으로 이동

2) 음극
  - 천연흑연이 가장 많이 사용
  - 흑연은 층상구조여서 양극에서 빠져나온 리튬이온이 층사구조사이에 끼임
  - 방전 시 리튬이온이 양극으로 이동

3) 분리막
- 양극과 음극을 분리시켜주기 위한 역할
- 리튬이온이 통과할 수 있는 작은 구멍이 뚫려 있는 구조
- 화재나 폭발의 경우 분리막에 문제가 생겨 양극~음극 물질이 섞여 화학반응을 일으킴

4) 전해질
- 리튬이온이 이동할 수 있도록 도와주는 용액

관계식

3. 장점

1) 높은 에너지밀도
2) 약 3.7V 를 얻을 수 있는 높은 전압
3) 비메모리 효과 : 충전가능 용량이 줄어드는 메모리 효과가 없음
4) 친환경 : 카드뮴, 납, 수은 등 환경규제물질 미포함
5) 긴 수명주기

4. 단점

1) 폭발 위험성 (열폭주 현상)
2) 제조비용이 고가
3) 상대적으로 열화속도 빠름
4) 완전 충/방전 시 사용수명 감소

* 참고 *

<열폭주 현상>

1. 개념

1) 배터리 내부 발열반응에 의해 온도가 상승함에 따라 발열반응의 속도가 점점 가속되어 에너지 방출이 급격히 증가하는 현상
2) 가연성 가스 방출을 수반하며 화재 또는 폭발을 일으킴
3) 리튬이온 배터리는 230도 이상이면 외부 점화원 없이도 자연발화 가능

2. 열폭주 원인

1) 열적요인
2) 기계적 요인
3) 전기적 요인
4) 설계적 요인
5) 공정적 요인

3. 열폭주에 의한 화재확산 메카니즘

열폭주 >> 압력증가 >> 가연성 전해물질 기화 및 분출 >> 착화 >> 인접배터리 가열 >> 화재확산 >> 인접배터리 가열 >> 급격한 화재 확산

4. 소화방법

일반적인 소화방법은 적응성이 없으며 대량의 물로 냉각해야 함