리튬이온전지의 비가역적 리튬 손실과 리튬 석출에 따른 방전 거동 모델링

Abstract

화석연료 사용을 줄이고 친환경적인 에너지 사용을 추구하는 현재, 리튬이온전지(Lithium-ion battery)는 전기자동차(EVs)와 에너지저장장치(ESS) 등의 산업에 많이 활용되고 있으며 안전성에 대한 요구와 함께 우수한 성능을 필요로 한다. 리튬이온전지의 성능은 온도, 충전 상태(SOC; State-of-charge), 과충/방전 그리고 수명에 따른 노화 등 다양한 조건에서의 물리화학 반응에 의해 저하된다. 따라서 전지의 성능을 정확하게 파악하고 최적의 상태에서 사용하기 위해 이러한 요소들을 고려하여 모델을 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 NCM622 양극, 천연흑연 음극, 유기 전해질, 그리고 분리막으로 구성된 동전 형태(Coin-type)의 리튬이온전지를 사용하였다. 전지의 비가역적 리튬 손실 및 리튬 석출에 따른 방전 시 전기적 거동과 성능 변화 예측을 위한 수학적 모델링을 진행하였다. 0.05 C-rate, 0.25 C-rate 그리고 0.5 C-rate에 해당하는 전류를 인가하고 방전 시험 결과와 모델링 결과를 비교함으로써 모델을 검증하였다. 모델링을 통한 계산 결과는 진행된 시험 결과와의 높은 정확도를 가지는 것으로 확인하였다. 검증된 모델을 활용하여, 복합열화현상의 영향으로 리튬이온전지의 방전용량 및 방전출력의 변화에 대해 예측하였다. 모델링의 결과 방전 시 C-rate와 비가적인 리튬 손실 및 리튬 석출 현상이 전지의 전기적 거동에 영향을 미치는 것을 확인하였다.