화학뉴스

LiB(리튬이온전지)는 확실한 안전성과 높은 에너지밀도를 동시에 갖출 것이 요구되고 있다.
LiB는 전기자동차(EV) 구동전원 및 사회 인프라에서 널리 사용되고 있으며 앞으로도 채용범위가 확대될 것으로 전망됨에 따라 화재 위험을 낮출 수 있는 안전성 확보와 사용시간 연장을 실현할 수 있는 에너지밀도 향상이 중요해지고 있다.
일본 GS유아사(GS Yuasa)는 LiB의 안전성을 향상시키기 위해 내부 쇼트(단락)를 평가하는 새로운 방법을 개발했다.
외부 전원을 활용해 정전압 충전을 병용함으로써 단락전류 취득에 성공한 것으로 기존에 내부 쇼트가 발생했던 LiB의 문제가 무엇이었는지 규명 가능해질 것으로 기대된다.
내부 쇼트는 LiB 분리막(LiBS) 등이 파손돼 양극과 음극이 접촉하는 현상으로 발화 원인이 될 수 있어 LiB 생산기업들이 가장 중요한 과제로 설정하고 있다.
내부 쇼트를 확인하기 위해 바늘 등을 찔러넣거나 LiB 내부에 금속 파편을 삽입한 후 압력을 가하는 방법 등을 사용했으나 연기 혹은 불꽃이 발생할 가능성이 있는지 확인하는데 그쳐 보다 정량적으로 안전성을 비교하기 위한 방법이 필요하다고 지적돼왔다.
아울러 GS유아사는 에너지밀도 향상을 위해 전해액 메커니즘 해명에 주력하고 있다.
기존에 에너지밀도 향상을 위해 시행됐던 충전 전압을 고전압화하는 작업 중 전해액에서 검출된 인산에스터 생성 메커니즘을 해명한 것으로 액체크로마토그래피 질량분석을 통해 카보네이트(Carbonate) 중합체가 다량으로 존재하는 EC(Ethylene Carbonate)계 전해액 환원분해로 인산에스터가 생성된다는 것을 규명했다.
인산에스터 화합물 생성 메커니즘에 따르면, 전해액 용매로 사용되는 EC나 EMC(Ethyl Methyl Carbonate)가 양극측에서 산화 분해되면 카보네이트 중합체가 발생된다.
카보네이트 중합체가 음극에 확산‧대류된 후 환원돼 리튬알콕시드가 생성되며 충‧방전으로 전해질인 육불화인산리튬(LiPF6)으로부터 발생한 분해물이 리튬알콕시드와 반응해 인산에스터가 생기는 것으로 확인됐다.
새로 규명한 메커니즘을 활용하면 고전위화에 적합한 전해액 개발이나 각종 소재 조율 및 조합이 가능해질 것으로 기대된다.
GS유아사는 추가 연구를 통해 5V급의 고전압 LiB 실현에 도전할 계획이다. (K)