초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 "리튬이온배터리(Lithum Battery, LIB) 전해질의 상변화(phase-change)를 고려한 전기화학-열유체-기계 연성 해석 모델을 개발하고, 이를 이용해 LIB셀의 스웰링(Swelling) 현상을 규명하여 스웰링이 열폭주(Thermal runaway) 및 발화(Fire)에 미치는 영향을 연구하여 이를 통합한 스웰링에 대한 “안전성 평가 기술”을 개발하는 것이 목표“ 이다. 1단계로 전기화학-열-구조 인자의 영향을 포괄적으로 해석하는 ”다중물리해석“ 기법을 개발하고 2단계로 LIB의 전기화학

□ 연구개요
본 연구는 "리튬이온배터리(Lithum Battery, LIB) 전해질의 상변화(phase-change)를 고려한 전기화학-열유체-기계 연성 해석 모델을 개발하고, 이를 이용해 LIB셀의 스웰링(Swelling) 현상을 규명하여 스웰링이 열폭주(Thermal runaway) 및 발화(Fire)에 미치는 영향을 연구하여 이를 통합한 스웰링에 대한 “안전성 평가 기술”을 개발하는 것이 목표“ 이다. 1단계로 전기화학-열-구조 인자의 영향을 포괄적으로 해석하는 ”다중물리해석“ 기법을 개발하고 2단계로 LIB의 전기화학 반응에 의한 가스발생과 스웰링, 발화 해석이 가능한 ”다상유동 열유체 해석 기법“을 개발하는 것을 목적으로 한다. 이를 통해 과충전, 과열, 기계적 파손뿐만 아니라 스웰링으로 인한 발화 안전성을 평가하여 Pouch, Cylindrical, Prismatic LIB셀에 대한 설계지침을 확보하고, 궁극적으로 스웰링을 최소화하여 안전성을 극대화를 위한 ”구조 최적설계“를 수행한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도
• 연구목표: LIB cell 전기화학, 열, 구조 영향에 의한 스웰링 현상 해석 기법 개발
• 연구결과: 100% 달성
2차년도
• 연구목표: LIB cell 전해질의 상변화에 의한 스웰링 현상 규명을 위한 다상유동 열유체 해석 기법
• 연구결과: 100% 달성
3차년도
• 연구목표: 전해질 상변화를 고려한 전기화학-열유체-구조 연성 LIB cell 스웰링 해석 기법 개발
• 연구결과: 100% 달성
4차년도
• 연구목표: LIB cell 스웰링에 의한 LIB 과열, 발화 해석 및 상관관계 연구
• 연구결과: 100% 달성
5차년도
• 연구목표: LIB cell 스웰링으로 인한 발화 방지를 위한 LIB셀 안전 설계 기법 연구
• 연구결과: 100% 달성

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
다중물리 해석 기법을 통한 LIB 스웰링 현상 규명 및 안전성 평가 방안으로 ESS와 전기차용 배터리팩의 스웰링 및 발화 안전성을 위협하는 인자를 분석할 수 있어 실험적으로 검증이 어려운 위기상황 대응 기술 개발을 가능하게 함. 리튬이온 배터리 셀의 제조가 스웰링 및 성능에 미치는 영향을 분석, 설계를 최적화하는 과정에서 셀의 제조 설계변수 및 재료 물성의 불확실성이 안전성에 영향을 미칠 수 있음을 확인함. 본 연구의 결과를 활용하여 리튬이온 배터리 셀의 제조 및 재료 불확실성을 고려한 신뢰성 기반 최적 설계 연구를 수행할 수 있을 것으로 보임. 본 연구수행 과정에서 해외 대학 연구실과 MOU를 체결하였으며, MOU와 연계한 국제 연구자 교류 성과를 창출하였음. MOU 체결 성과를 활용하여 글로벌 연구수행과 연구자 교류 관계를 개발하고자 함. 연구의 성과로 국내 배터리 기업 연구소로 배출된 참여연구원들을 통해 연구성과를 국내 배터리 기업으로 이전 및 배터리 공동연구를 위한 산학 공동연구실 유치를 추진하고자 함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 1) 학문적 기여 ... 16
• 2) 산업 및 경제적 기여 ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 17
• 7. 참고문헌 ... 17
• 끝페이지 ... 40