리튬이온전지의 비가역적 리튬손실에 따른 충/방전 거동과 성능 변화 모델링

Abstract

본 연구에서는 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 양극, 천연흑연 음극, 유기 전해질, 그리고 분리막으로 구성된 리튬이온전지(Lithium-ion battery)의 비가역적인 리튬손실에 따른 충전과 방전에서 전기적 거동과 성능 변화를 예측하기 위한 수학적 모델링을 진행하였다. 1차원 유한요소법(Finite element method)을 이용하여 다양한 수준의 비가역적 리튬손실이 일어난 리튬이온전지에 대한 정전류 충전(galvanostatic charge)과 정전류 방전(galvanostatic discharge)에서 전기적 거동을 계산한다. 모델의 검증은 0.05C-rate. 0.125C-rate, 0.25C-rate, 0.5C-rate, 그리고 1.0C-rate의 정전류 충전과 정전류 방전에서 비가역적인 리튬손실에 따른 시험 결과와 모델링 결과를 비교함으로써 이루어졌다. 모델링을 통해 계산하여 얻은 결과는 시험 결과와 잘 일치하였다. 검증된 모델의 접근방식에 근거하여, 비가역적인 리튬손실의 영향으로 인한 리튬이온전지의 충전용량과 방전용량의 변화를 추정하였다. 또한, 비가역적인 리튬손실로 인해 발생하는 충전출력과 방전출력의 변화에 대해 예측하였다. 모델링의 결과는 충전과 방전에서 리튬이온전지의 전기적 거동은 C-rate와 비가적인 리튬손실에 의존하는 것을 확인하였다.