화학뉴스

배터리 재사용 시장이 확대될 것으로 예상된다.
전기자동차(EV)용 배터리로 주류를 이루고 있는 LiB(리튬이온전지)는 자원 절감 차원에서 재사용 수요가 상당하나 높은 수준의 안전성을 유지해야 하기 때문에 기술 개발이 요구되고 있다.
도레이리서치센터(Toray Research Center)는 LiB 안전성 확립을 위한 분석기술을 개발하기 위해 Carlit과 함께 장시간 사용을 고려한 고온 사이클 시험을 실시하는 등 LiB 성능을 평가하고 있다.
2개의 LiB를 가열해 열폭주 중 발생한 가스를 분석했으며 가스 발생 원인을 추정하기 위해 가열 후 온도가 올라갈 때 양극‧음극별로 어떠한 가스가 발생했는지 확인했다.
실험용으로 3원계 양극재와 실리콘(Silicone) 함유 흑연 전극, 전해질에 LiPF6(육불화인산리튬)를 사용한 전해액, 세라믹 코팅 PE(Polyethylene) 분리막 등을 조합해 원통형 LiB를 제작했고 섭씨 50도 가열분위기 아래 전압범위 2.5-4.2V 조건에서 5000사이클 충‧방전 시험을 실시했다.
사이클 시험 후 LiB 용량 유지율은 78%였으며 시험에 사용한 LiB와 일반 LiB를 과열 처리했을 때 양 LiB 모두 안전변 개방 후 열폭주가 일어났고 배터리 표면 온도는 양쪽 다 750도 이상에 달한 것으로 알려졌다.
이후 2개의 LiB에서 발생한 이산화탄소(CO2)와 산소, 일산화탄소(CO) 등 가스 조성종 및 발생량을 조사한 결과 거의 동일했으며 사이클 열화를 위한 사이클 시험 후 실험용 LiB의 안전성이 일반 LiB보다 눈에 띄게 약화되는 일이 없다는 것을 규명했다.
나아가 양극과 음극에서 발생한 가스의 성분 및 거동 해석을 실시해 이산화탄소와 산소는 양극, 일산화탄소는 음극에서 발생한 것을 확인했다.
LiB는 에너지밀도가 높아지며 안전성 요구가 더욱 강화되고 있다.
도레이리서치센터와 Carlit은 가스 폭발 시험용 내압용기를 사용해 과열 시 열폭주 거동을 정량적으로 평가하는 안전성 시험법을 확립했으며 사이클 열화 후 LiB를 대상으로도 안전성을 확인함으로써 재사용 LiB 시장의 건전한 발전에 기여할 방침이다. (K)