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알루미나 크기에 따른 세라믹 코팅 분리막의 열적 특성 및 전기화학적 특성
Dependence of Thermal and Electrochemical Properties of ceramic Coated Separators on the Ceramic Particle Size 원문보기

전기화학회지 = Journal of the Korean Electrochemical Society, v.20 no.2, 2017년, pp.27 - 33  

박선민 (고려대학교 신소재공학과) ,  유호준 (코캄(주)) ,  김광현 (코캄(주)) ,  강윤찬 (고려대학교 신소재공학과) ,  조원일 (한국과학기술연구원)

초록
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매우 좋은 에너지 저장장치인 리튬이차전지의 안전성은 전기화학반응이 일어나는 "양극/분리막(전해질)/음극"의 계에서 리튬이온전지의 분리막의 물리적 충격, 고온에 따른 손상에 기인하는 바가 크며, 특히, 폭발사고에서 분리막 손상에 의한 내부단락이 큰 영향을 끼친다. 고분자로 구성된 분리막의 열 안정성을 높이기 위해 세라믹이 얇게 코팅된 세라믹코팅 분리막이 최근 사용되고 있다. 폴리에틸렌계 분리막 위에 다양한 크기(IL = 488.5 nm, I = 538.7 nm, S = 810.3 nm, D = 1533.3 nm)의 $Al_2O_3$ 입자와 styrene-butadiene rubber(SBR) / carboxymethyl cellulose(CMC) 바인더를 섞어 만든 슬러리를 코팅하여 열 안정성을 측정한 후, 이를 분리막으로 하는 삼성분계 양극과 리튬메탈 음극의 코인 셀을 제작하여, 전기화학적 특성 변화를 관찰하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Conventional lithium ion batteries suffer from notorious safety issues caused by inevitable lithium dendrite formation and proliferation during over/fast charging processes. The lithium dendrites or mechanical damage on the separator induce internal short circuit in LiB that generates extensive amou...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 분리막의 내열성을 향상시키는 세가지 방법 중에서 상용 내열성강화 분리막 제조에 가장 많이 적용되고 있는 두 번째 방법을 채택하여, 코팅하는 알루미나 분말의 크기에 따른 영향을 조사·연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PP분리막을 라미네이션 시키는 방법의 단점은? 첫째, PE분리막에 내열성이 좋은 PP분리막을 중첩하여 제조하는 방법이다.6,7) 하지만 PP분리막을 라미네이션 시키는 방법의 경우, 제조비용이 크게 증가하는 단점이 있다. 둘째, 고내열 특성을 지니는 유기물 혹은 무기물을 코팅하는 방법이다.
중대형 리튬이차 전지 장점은? 근래 EURO-X, CARB(California Air Resource Board), EPA(Environmental Protection Agency) 등에 의한 환경규제 정책은 날이 갈수록 강화되고 있다. 이에 대응하기 위하여 전기자동차(EV, Electric Vehicle), 에너지저장장치(ESS, Energy Storage System) 등에 대한 중대형 리튬이차 전지의 활용이 확대되고 있으며, 이는 에너지원으로써 중대형 리튬이차 전지가 높은 에너지 밀도와 우수한 수명 특성, 낮은 자기방전 특성을 가지기 때문이다.1) 하지만 최근 배터리의 안전에 관련된 사고사례가 늘고 있어, 오작동, 발화 및 폭발 등 안전성에 대한 관심이 고조되고 있다.
PE분리막에서 melt down(용락) 현상이 일어난다면 그 이유는? PE분리막의 경우 외부 단락으로 전지 내의 온도 상승 시 분리막의 미세기공이 막히는 shutdown 특성을 지니고 있는데, shutdown에 의해 리튬 이온의 이동을 막아 전류 흐름을 차단하여 추가적인 온도상승을 억제하고 전지의 안전성을 확보할 수 있다. 하지만 shutdown이 완벽하게 일어난다면 잔류 전류가 0A가 되겠지만 그것은 매우 드문 경우이며, 내부 단락 시 온도 상승이 단시간 내에 일어나기 때문에 135oC부근에서 PE결정이 녹으면서 기계적 강도가 감소하는 melt down(용락) 현상이 일어난다. 그러므로 분리막이용융점 근처의 온도에서 막 형태를 유지하여 내부단락을 억제하도록 하는 것은 전지의 안전성과 관련된 중요한 이슈이다.
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참고문헌 (22)

  1. J.-M. Tarascon and M. Armand, Nature, 414, 359 (2001). 

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