표제지
초록
목차
제1장 서론 14
제2장 이론적 배경 20
제1절 이차 배터리 20
제2절 리튬이온 배터리의 구성 및 원리 23
제3절 Hi-nickel NCM 양극 소재 안전성 문제 26
1. 불안정한 Ni의 발생 28
2. 잔류 리튬 화합물의 발생 29
3. 벌크(구조) 문제 30
제4절 리튬이온 배터리 열 폭주 연구 현황 34
1. 초기 리튬 배터리 개발 현황과 위험성 34
2. 열 폭주 실험 및 해석 39
3. 전해액 분해 실험을 통한 가스 분석 42
4. 열 폭주 실험을 통해 셀 내부 저항 및 전압 변화 분석 44
제5절 열 폭주 화재조사 현황 46
1. 사례 분석 46
2. 화재 원인 조사 현황 51
제3장 연구 설계 및 분석방법 53
제1절 리튬이온 배터리 셀 제작 53
제2절 리튬이온 배터리 전기화학 특성 평가 55
1. 출력 특성 평가 방법 55
2. 수명 특성 평가 방법 55
제3절 분석 방법 57
1. 표면 및 구조 분석법 57
2. 가스 발생량 분석법 59
3. 열 폭주 시험 59
제4장 결과 및 고찰 61
제1절 NCM 조성비 변수를 통한 열 폭주 영향분석 61
1. 표면 및 구조 분석법 61
2. 가스 발생량 분석법 67
3. 열 폭주 시험 71
제2절 NCM 충전 상태 변수를 통한 열 폭주 영향분석 73
1. 표면 및 구조 분석법 73
2. 가스 발생량 분석법 78
3. 열 폭주 시험 82
제5장 결론 86
제1절 열 폭주 변수 분석 86
1. 표면(구조) 분석 86
2. 가스 발생량 분석 87
3. 열 폭주 시험 89
제2절 화재 원인분석 적용 가능성 91
References 92
Abstract 98
Table 1. The development trends in cathode materials 18
Table 2. Fire statistics for electric vehicles in the last 5 years 19
Table 3. Fire statistics for electric kickboard in the last 5 years 19
Table 4. The properties of secondary batteries 22
Table 5. The characteristics of LCO and Hi-nickel NCM 27
Table 6. Analysis of thermal runaway time and temperature of pouch full cell when charging under harsh conditions 72
Table 7. Parameters of EIS measurements-calculated values of resistors 77
Table 8. Analysis of thermal runaway time and temperature and ignition time and delay time of pouch full cell when charging under harsh conditions 85
Figure 1. Market share by cathode material in lithium ion battery 18
Figure 2. Principle of lithium ion battery 25
Figure 3. Side reaction of electrolyte occurred by interface of NCM 32
Figure 4. Fading schematic of capacity occurring by Hi-nickel NCM 33
Figure 5. Model of LIB created by M.Stanley Whittingham 38
Figure 6. Appearance of lithium dendrite crystal growth 38
Figure 7. Model of LIB created by John B. Goodenough 38
Figure 8. Temperature ranges for different stages of thermal runaway test using EV-ARC 41
Figure 9. he variation of the internal resistance during the thermal runaway test 45
Figure 10. (T,V)et curve of the Experiment No.1 45
Figure 11. Case of EV accident 47
Figure 12. Case of EV accident 48
Figure 13. Case of ESS accident 49
Figure 14. Case of EK accident 50
Figure 15. The 3450-type pouch cell assembly 54
Figure 16. The C/1 charging curve of the 1Ah NCM battery 56
Figure 17. (a) Voltage and temperature profiles for NCM811 (galvanostatic discharge-charge cycling was performed at 3.0 - 4.3 (V), current density: 0.5 C,... 62
Figure 18. Surface morphologies of (a) cycled LCO (b) cycled NCM622 (C) cycled NCM721 (d) cycled NCM811 64
Figure 19. Quantification of metal dissolution (Ni, Co and Mn) in electrolytes by ICP-MS after storage test (a) NCM811(red), (b)... 66
Figure 20. Thickness changes of pouch full cell after storage test at 60℃ (a) NCM811(red), (b) NCM721(blue), (c) NCM622(green), (d) LiCoO2(black). 68
Figure 21. Results for the internal pressure cell with NCM and LCO (a) NCM811(red), (b) NCM721(blue), (c) NCM622(green), (d) LCO(black),... 70
Figure 22. Bulk morphologies of (a) SOC 100 % in NCM811 (b) SOC 120 % in NCM811 (C) SOC 140 % in NCM811 74
Figure 23. Results of Electrochemical Impedance Spectra as Nyquist plots for (a) SOC 80 % in cycled NCM811, (b) SOC 100 % in cycled... 76
Figure 24. Results for the internal pressure cell with NCM811 (a) SOC 140 % in cycled NCM811(red), (b) SOC 120 % in cycled... 79
Figure 25. Thickness changes of pouch full cell after storage test at 60℃ (a) SOC 140 % in cycled NCM811(red), (b) SOC 120 % in... 81
Figure 26. Thermal runaway test of NCM811 pouch full cell (a) SOC 80 % in cycled NCM811(black), (b) SOC 100 % in cycled... 84