리튬이온 배터리 Hi-nickel NCM 양극 소재의 열 폭주 위험성 증가 요인에 관한 분석 Analysis on variables that increase the risk of thermal runaway of Hi-nickel NCM cathode material used in lithium-ion batteries원문보기
본 연구에서는 리튬이온 배터리열 폭주 위험성을 높이는 요인을 양극 소재 특성에 맞는 방법을 고안하여 분석하였다. 특히 전기차 등에 주력으로 사용하는 NCM 양극 소재를 중심으로 실험을 진행했 다. 기존 양극 소재 대비 NCM은 에너지 밀도가 높으나 계면의 불 안정성으로 전해액과의 ...
본 연구에서는 리튬이온 배터리열 폭주 위험성을 높이는 요인을 양극 소재 특성에 맞는 방법을 고안하여 분석하였다. 특히 전기차 등에 주력으로 사용하는 NCM 양극 소재를 중심으로 실험을 진행했 다. 기존 양극 소재 대비 NCM은 에너지 밀도가 높으나 계면의 불 안정성으로 전해액과의 부반응이 커지고 고온 에서 열화가 심해져 위험성이 커지는 단점이 있다. 이러한 문제가 열 폭주에 변수로 작 용하는지 확인하기 2가지 조건을 설정하여 표면(구조) 분석법과 가스 발생량 분석법을 진행하고 표면 불안정에서 시작한 문제들이 어떻게 열 폭주 시험을 통해 영향을 미치는지 확인하였다. 2가지 실험 조건 중 첫 번째 조건은 Hi-nickel NCM 양극에서 Ni 의 비율에 따른 리스크 증가의 상관관계를 확인하는 것이며, 두 번 째 조건은 Ni의 조성비가 80 %인 NCM811이 전압 상태에 따라 위험성에 어떤 영향을 미치는지 분석하는 것이다. 실험은 SEM(CP)과 EIS, ICP-MS를 통해 표면과 구조에 대한 분석을 진행하였다. 그 결과 Ni의 비율과 전압이 높아지면 NCM 계면에서 원치 않은 부반응에 의해 피막이 형성되고 이러한 것들이 Li 이온의 이동에 저항으로 작용했다. 또한, NCM 의 전이 금속 중에 Ni의 용해가 가장 심 해지고, 이러한 문제가 구조 내 균열로 이어진다. 이러한 표면(구조) 의 문제들이 가스 발생을 증가시킬 수 있기 때문에 풀 셀의 고온저장 후 두께 측정과 내압셀을 통해 가스 발생량을 정량화 하였다. 결국, 이러한 조건에서 변수 등이 열 폭주에 어떤 영향을 미치는 지 확인한 결과, Ni의 조성비율과 전압이 높아지면 열 폭주 발생 시 간이 빨라지고 발생 시 온도가 높아지는 것을 알 수 있었다. 특히 열 폭주 발생 직전에 전압이 0V에 가깝게 떨어지고 급격한 온도 상 승 전까지 지연되는 구간이 발생하는 것을 알 수 있었다. 이 구간은 전압 상태에 따라 달라졌으며 전압 상태가 높은(과 충전) 셀에서 짧아지는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 리튬이온 배터리 열 폭주 위험성을 높이는 요인을 양극 소재 특성에 맞는 방법을 고안하여 분석하였다. 특히 전기차 등에 주력으로 사용하는 NCM 양극 소재를 중심으로 실험을 진행했 다. 기존 양극 소재 대비 NCM은 에너지 밀도가 높으나 계면의 불 안정성으로 전해액과의 부반응이 커지고 고온 에서 열화가 심해져 위험성이 커지는 단점이 있다. 이러한 문제가 열 폭주에 변수로 작 용하는지 확인하기 2가지 조건을 설정하여 표면(구조) 분석법과 가스 발생량 분석법을 진행하고 표면 불안정에서 시작한 문제들이 어떻게 열 폭주 시험을 통해 영향을 미치는지 확인하였다. 2가지 실험 조건 중 첫 번째 조건은 Hi-nickel NCM 양극에서 Ni 의 비율에 따른 리스크 증가의 상관관계를 확인하는 것이며, 두 번 째 조건은 Ni의 조성비가 80 %인 NCM811이 전압 상태에 따라 위험성에 어떤 영향을 미치는지 분석하는 것이다. 실험은 SEM(CP)과 EIS, ICP-MS를 통해 표면과 구조에 대한 분석을 진행하였다. 그 결과 Ni의 비율과 전압이 높아지면 NCM 계면에서 원치 않은 부반응에 의해 피막이 형성되고 이러한 것들이 Li 이온의 이동에 저항으로 작용했다. 또한, NCM 의 전이 금속 중에 Ni의 용해가 가장 심 해지고, 이러한 문제가 구조 내 균열로 이어진다. 이러한 표면(구조) 의 문제들이 가스 발생을 증가시킬 수 있기 때문에 풀 셀의 고온저장 후 두께 측정과 내압셀을 통해 가스 발생량을 정량화 하였다. 결국, 이러한 조건에서 변수 등이 열 폭주에 어떤 영향을 미치는 지 확인한 결과, Ni의 조성비율과 전압이 높아지면 열 폭주 발생 시 간이 빨라지고 발생 시 온도가 높아지는 것을 알 수 있었다. 특히 열 폭주 발생 직전에 전압이 0V에 가깝게 떨어지고 급격한 온도 상 승 전까지 지연되는 구간이 발생하는 것을 알 수 있었다. 이 구간은 전압 상태에 따라 달라졌으며 전압 상태가 높은(과 충전) 셀에서 짧아지는 것을 확인하였다.
In this study, we analysis on variables that increase the risk of thermal runaway of HI-nickel NCM cathode material used in lithium-ion batteries. In particular, experiments were conducted focusing on NCM cathode materials, which are mainly used in electric vehicles. Compared to existing cathode mat...
In this study, we analysis on variables that increase the risk of thermal runaway of HI-nickel NCM cathode material used in lithium-ion batteries. In particular, experiments were conducted focusing on NCM cathode materials, which are mainly used in electric vehicles. Compared to existing cathode materials, NCM has a higher energy density, but has the disadvantage of increasing side reactions with the electrolyte due to instability at the interface and increasing risk as deterioration becomes more severe at high temperatures. To determine whether these problems act as variables in thermal runaway, we set two conditions to analyze the surface (structure) and gas generation amount, and confirmed how problems starting from surface instability affect thermal runaway. Among the two experimental conditions, the first condition is to check the correlation between the increase in risk according to the ratio of Ni in the Hi-nickel NCM cathode, and the second condition is to analyze how NCM811, which has a Ni composition ratio of 80%, affects the risk depending on the voltage state. The experiment was conducted to analyze the surface and structure through SEM (CP), EIS, and ICP-MS. As a result, when the ratio of Ni and the voltage increased, a film was formed due to an unwanted side reaction at the interface of NCM, which acted as a resistance to the movement of Li ions. In addition, the dissolution of Ni among the transition metals of the cathode materials increased and cracks occurred within the structure. Because these surface (structure) problems can increase gas generation, the amount of gas generation was quantified through thickness changes of pouch full cell after storage test at high-temperature and in-situ internal pressure cell at high-temperature. In the end, as a result of checking how variables affect thermal runaway under these conditions, it was found that as the Ni composition ratio and voltage increase, the time when thermal runaway occurs becomes faster and the temperature increases when it occurs. especially, it was found that just before thermal runaway occurs, the voltage drops close to 0V and a delay period occurs before the temperature rises sharply. This period varied depending on the voltage state, and was confirmed to be shorter in cells with a high voltage state (overcharging).
In this study, we analysis on variables that increase the risk of thermal runaway of HI-nickel NCM cathode material used in lithium-ion batteries. In particular, experiments were conducted focusing on NCM cathode materials, which are mainly used in electric vehicles. Compared to existing cathode materials, NCM has a higher energy density, but has the disadvantage of increasing side reactions with the electrolyte due to instability at the interface and increasing risk as deterioration becomes more severe at high temperatures. To determine whether these problems act as variables in thermal runaway, we set two conditions to analyze the surface (structure) and gas generation amount, and confirmed how problems starting from surface instability affect thermal runaway. Among the two experimental conditions, the first condition is to check the correlation between the increase in risk according to the ratio of Ni in the Hi-nickel NCM cathode, and the second condition is to analyze how NCM811, which has a Ni composition ratio of 80%, affects the risk depending on the voltage state. The experiment was conducted to analyze the surface and structure through SEM (CP), EIS, and ICP-MS. As a result, when the ratio of Ni and the voltage increased, a film was formed due to an unwanted side reaction at the interface of NCM, which acted as a resistance to the movement of Li ions. In addition, the dissolution of Ni among the transition metals of the cathode materials increased and cracks occurred within the structure. Because these surface (structure) problems can increase gas generation, the amount of gas generation was quantified through thickness changes of pouch full cell after storage test at high-temperature and in-situ internal pressure cell at high-temperature. In the end, as a result of checking how variables affect thermal runaway under these conditions, it was found that as the Ni composition ratio and voltage increase, the time when thermal runaway occurs becomes faster and the temperature increases when it occurs. especially, it was found that just before thermal runaway occurs, the voltage drops close to 0V and a delay period occurs before the temperature rises sharply. This period varied depending on the voltage state, and was confirmed to be shorter in cells with a high voltage state (overcharging).
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.