일본산업뉴스요약

리튬이온전지, 재료별 안전성 평가
전력중앙연구소, 내부 가스의 압력 측정

-- 가스 압력 변화 측정 및 가연성 비교 --
일본 전력중앙연구소(電力中央硏究所)의 고바야시(小林) 상임연구원 팀은 리튬이온전지 종류에 따른 안전성 차이를 평가할 수 있는 방법을 개발했다. 개발된 전용 장치에 배터리를 넣어, 과충전 및 손상에 의해 배터리 안에서 발생하는 가스를 이용해 압력 변화를 측정하는 것이다. 전극 및 전해질 등 재료의 조합을 변경할 경우, 가연성 등을 비교할 수 있다. 배터리 재료 제조사 등에 이용을 제안해나갈 예정이다.

리튬이온전지는 휴대전화 및 전기자동차, 전력 저장 등에서 광범위하게 사용되고 있다. 통상, 가연성 전해액을 사용하는 케이스가 많아, 발화의 위험성 등을 조사하는 안전성 시험이 필요하다. 기존에는 발화나 발연을 기준으로 하거나, 배터리 표면 온도 변화 측정 등을 통해 조사해 왔으나, 결과에 차이가 많아, 전극 재료 및 전해질의 변경 시에 그 안전성을 수치로써 비교하는 것은 어려웠다고 한다.

이번에 개발된 측정법은 밀폐된 내압 용기를 사용한다. 용기 안에서 리튬이온전지에 못을 박거나, 높은 전압을 가하는 등, 강제적으로 파손시키면, 전해액이 휘발해 배터리 내부로부터 가스가 분출된다. 이 때 발생하는 용기 안의 압력 변화를 용기에 부착된 기기를 통해 측정하는 시스템이다.

전극 재료나 전해질 등의 조합으로 인한 가연성 및 파손에 미치는 영향은 각각 다르기 때문에, 개발된 방법이 사용된다면 개별적 손상 조건을 검증할 수 있게 된다. 연구팀은 다양한 재료의 배터리를 통해 유효성을 조사했다. 정극 재료에 리튬 인산철을 사용할 경우, 파손을 유발하는 압력 상승은 대표적 재료인 코발트산 리튬의 절반 이하였다. 코발트산 리튬도 조합되는 부극 재료에 따라 안전성이 향상되었다.

고체의 고분자 재료를 전해질로 사용하는 차세대형 전고체 배터리의 경우, 압력 상승은 기존의 가연성 전해액이 사용된 배터리의 10분의 1 이하였다. 이처럼 앞으로 안전성이 우수한 재료 탐색에 이용될 것으로 보인다.

전력중앙연구소는 개발된 방법을 배터리 제조사 등을 통해 활용되도록 할 방침이다. 전력 업계에서도 일시적으로 전력을 저장할 목적 등으로 리튬이온전지를 활용할 움직임이 있어, 도입을 위한 성능 시험 등에 도움이 될 것으로 전망하고 있다.

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