리튬이온폴리머전지의 열적 거동 모델링

Abstract

현재 자동차의 연료로 사용되고 있는 화석연료의 부존량 한계와 대기오염은 새로운 동력원의 개발을 필요로 한다. 하이브리드 자동차(HEV)와 전기자동차(EV)의 동력원으로 사용되는 전지는 관심의 대상이다. 특히 리튬폴리머전지는 높은 에너지 밀도, 고전압, 낮은 자기방전율, 높은 안정성의 장점을 가지고 있다. 그러나 HEV와 EV에 적용하기 위해서는 현재보다 더 높은 용량의 리튬폴리머 전지가 필요하다. 현재 사용에 문제가 없는 소형의 리튬폴리머 전지와 달리 대용량 리튬이온폴리머전지는 동작 중에 많은 발열이 전지의 성능, 에너지효율, 안정성 등에 영향을 미친다. 본 연구에서는 Li[NiCoMn]O2 양극 , 흑연 음극, 및 고분자 전해질로 구성된 10Ah급 리튬폴리머전지의 열적 거동을 예측하기 위한 Simulation Program의 개발을 하였다. 전지의 열전전도는 각종 구성요소의 열전도저항이 직렬과 병렬로 연결된 것으로 간주하였으며, 전극 내에서 열이 균일하게 발생하는 것으로 가정하여 열적 거동을 해석하였다. 정확성을 검증하기 위하여 1.0C부터 5.0C까지의 방전 실험과정에 대하여 ThermaCAMTM을 이용하여 얻은 적외선 사진과 시뮬레이션 결과를 비교하였다. 그리고 전지 성능은 전극의 종횡비와 전극 탭의 위치선정 등에 영향을 받는다. 그래서 전극의 최적화되지 않는다면, 전위와 전류밀도의 불균일한 분포를 보이고, 또한 전극의 활물질이 불균일하게 사용되며, 이는 전지의 열적 거동에도 많은 영향을 미치게 된다. 전극의 종횡비, 전극의 탭의 위치, 전극에 흐르는 전체 전류의 세기가 전지의 열적 거동에 미치는 영향을 고찰하고, 실험결과와 비교하여 전산모사의 정확성을 검증하였다.