리튬 이온 배터리(LIB)의 광범위한 적용으로 인해 극한 조건下的 안전 문제에 대한 관심이 점점 더 높아지고 있습니다. 신에너지 기술의 핵심 구성 요소로서, LIB의 신뢰성은 전기 차량 및 에너지 저장 시스템과 같은 핵심 분야의 안전성과 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
LIB는 극한 온도에서 복잡한 전기화학적 퇴화를 겪습니다:
● 저온(-40°C 등): 전해질 점도가 크게 증가해 리튬 이온 이동이 방해받고 방전 용량이 급감합니다. 동시에 음극 표면에 불균일한 리튬 침착이 발생해 리튬 수지 성장으로 이어지며, 분리막을 뚫고 단락을 일으킬 수 있습니다.
● 고온 (>60°C): 음극 표면의 고체 전해질 인터페이스(SEI) 필름이 더 빠르게 분해됩니다. 전해질과 전극 사이의 부반응이 강화되어 가스가 방출되고 내부 압력이 증가합니다. 온도가 150°C를 초과하면 분리막 녹음이 대규모 내부 단락을 유발해 열 폭주 현상이 발생할 수 있으며, 이 과정에서 가스 배출, 화재, 심지어 폭발이 동반될 수 있습니다.
● 온도 충격(예: ΔT≈50°C): 전극 내 활성 물질 입자의 균열과 인터페이스 접촉 실패를 유발하여 내부 저항이 지속적으로 증가하고 용량 감소가 가속화됩니다.
● 고온 및 고습도(예: 85°C/85%RH): 전극 인터페이스에서의 부반응이 가속화되어 열 폭주 연쇄 반응을 유발할 수 있습니다. 이로 인해 용량이 급감하고 치명적인 고장이 발생합니다.
I. 저온 솔루션:
전해질 동결 방지: FEC/EMC 혼합 용매(동결점 -45°C)를 사용하면 -30°C 방전 용량 유지율이 35%에서 65%로 증가합니다.
양극 인터페이스 강화: 실리콘-탄소 양극 표면에 3D LiF@C 복합층을 형성하면 저온에서 리튬 이온 삽입 동역학이 향상됩니다.
II. 고온 보호:
고온 저항 전해질: 에틸렌 황산염(DTD)을 추가하면 SEI 필름이 안정화되어 열 분해 온도가 150°C에서 190°C로 상승합니다.
음극 코팅 수정: LiNi₀.₈Mn₀.₁Co₀.₁O₂ (NMC811) 표면에 20nm 두께의 Li₃PO₄ 층을 코팅하면 전이 금속 용해(용해 속도 < 0.5%)를 억제합니다.
III. 온도 및 습도 완화:
습기 저항성 전해질: 친수성 억제제로 트리메틸 인산염(TMP)을 추가하면 수분 투과율을 60% 이상 감소시킵니다.
부식 저항성 전류 수집기: 알루미늄 포일에 마이크로 아크 산화 처리(3μm 두께의 필름)를 적용하면 습기/열 환경에서 부식 전류를 0.05 μA/cm² 미만으로 감소시킵니다.
I. 저온 테스트:
● 저온 방전/시동 테스트: 저온 환경에서의 방전 성능, 저온 시동 능력(차량 저온 시동을 시뮬레이션) 및 매우 낮은 온도(예: -40°C, -30°C)에서의 용량 유지 능력을 테스트합니다.
● 저온 충전: 저온에서의 안전한 충전 한계(전류, 전압) 및 리튬 침전 위험을 테스트합니다.
● 저온 사이클링: 저온에서 충전/방전 사이클을 수행하여 용량 감소 및 내부 저항 증가를 평가합니다.
● 저온 보관: 장기 저온 보관 후 실온에서의 성능 회복을 평가합니다.
II. 고온 테스트:
● 고온 방전: 매우 높은 온도(예: +60°C, +70°C, +85°C)에서 방전 성능, 속도 능력, 온도 상승을 테스트합니다.
● 고온 충전: 고온에서의 충전 수용 능력, 열 관리 요구사항, 안전 위험을 테스트합니다.
● 고온 사이클링: 고온에서 충전/방전 사이클을 수행하여 수명 저하 및 노화 메커니즘을 가속화하여 평가합니다.
● 고온 보관: 장기 고온 보관(예: 7일, 30일, 60일) 후 용량 회복, 내부 저항 변화 및 안전 상태(예: 부풀음, 누출)를 평가합니다.
III. 온도 충격/사이클링:
● 급격한 온도 변화: 배터리를 매우 짧은 시간 내에 고온과 저온(예: -40°C ↔ +85°C) 사이에서 급격히 전환시켜 재료 인터페이스 안정성과 밀봉 무결성을 검사합니다.
● 온도 사이클링: 정의된 온도 범위(예: -40°C에서 +85°C) 내에서 다중 느린 사이클을 수행하여 열기계적 스트레스의 영향을 평가합니다.
—정밀 온도 제어, 특정 또는 극한 온도 환경 시뮬레이션
특정 또는 극한 온도 조건 하에서 배터리 성능을 평가하며, 용량 감소, 열 안정성, 안전 사이클 수명 및 기타 중요한 지표를 포함하여 연구 개발 최적화를 위한 데이터 기반 통찰력을 제공합니다.
● 정밀 온도 제어: 온도 변동 ≤0.5°C로 안정적인 시험 조건을 보장합니다.
● 극한 온도 시뮬레이션: -70°C에서 150°C까지의 넓은 온도 범위 테스트를 지원합니다.
● 높은 호환성: 배터리 유형(예: 리튬 이온, 납산)에 맞게 맞춤형 테스트 프로토콜을 제공합니다.
● 지능형 기능: 지능형 온도 제어, 고장 경보, 안전 메커니즘을 갖추어 실험 효율성과 안전성을 향상시킵니다.
NEWARE 올인원 배터리 테스트 시스템
—배터리 연구 개발 및 생산을 위한 정확한 환경 제어 및 테스트 솔루션을 제공합니다. 이 통합 시스템은 배터리 충전/방전 테스트와 환경 챔버 기능을 결합하여 다양한 온도 조건 하에서 성능 테스트를 가능하게 합니다.
● 컴팩트 통합: 충전/방전 모듈과 환경 시뮬레이션(상수/변동 온도)을 결합하여 공간 절약을 실현합니다.
● 다목적 테스트: 상수 전류/전압 충전/방전, 용량 분석, 사이클 수명 테스트, DCIR 감지 등을 지원합니다.
● 통합 운영: BTS 상위 컴퓨터 제어와 호환되어 다중 장치 간 원활한 운영을 가능하게 합니다.
● 다중 구역 온도 제어: 복잡한 테스트 요구사항을 충족하기 위해 다중 구역에 대한 독립적인 온도 제어를 제공합니다.
● 유연한 범위: 재료 연구, 3C 배터리, 전기차 배터리 등 다양한 응용 분야에 맞게 전압/전류 범위를 사용자 정의할 수 있습니다.
Seoul: NEWARE
19th Taerung Techno Town, Gasan-dong, Geumcheon-gu, Seoul 1314, 70 Gasan digital 2-ro, Geumcheon District, Seoul, Korea
(서울특별시 금천구 가산디지털2로 70, 대륭테크노타운19차 1314호)
