LG화학, 전기차 열폭주 억제 신소재 개발

 

LG화학의 보도자료에 따르면, 전기차 배터리의 열폭주를 막을 수 있는 일종의 열 퓨즈(Thermal fuse)를 개발했습니다.

 

LG화학은 1일 CTO 산하 기반기술연구소 연구팀이 열폭주를 억제하는 온도 반응성 ‘안전성 강화 기능층(Safety Reinforced Layer, 이하 열폭주 억제 소재)’을 개발했다고 밝혔습니다.

 

포항공과대학교(POSTECH) 배터리공학과 이민아 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 소재 해석을 진행했고, 안전성 검증은 LG에너지솔루션이 함께 참여했습니다.

 

LG화학의 이번 연구 성과는 세계 최상위 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 9월호에 온라인 게재되었습니다

 

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열폭주 억제 소재를 배터리의 양극층과 집전체(전자의 통로 역할을 하는 알루미늄 포일) 사이에 머리카락 100분의 1 수준인 1um(마이크로미터) 두께의 얇은 층 형태로 만들었습니다.

 

전지에 이상이 발생해 온도가 90~130℃ 수준으로 정상 범위를 벗어나면, 소재가 온도에 반응해 결합 구조가 바뀌며 전류의 흐름을 억제하는 구조입니다.

 

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전기차용 NCM(니켈 · 코발트 · 망간) 배터리에 약 10kg의 무게추를 떨어뜨리는 충격 실험에서는 일반 배터리의 경우 모두 화재가 발생했습니다.

 

반면, 열폭주 억제소재를 적용한 배터리는 70% 비율로 화재가 발생하지 않았고, 30%는 불꽃이 발생했지만 수 초 내로 꺼지는데 그쳤습니다.

 

 

모바일용 LCO(리튬 · 코발트 · 산화물) 배터리에 못으로 구멍을 뚫는 관통 실험에서,

일반 배터리는 전체 중 16% 만이 화재가 발생하지 않았지만 열폭주 억제 소재를 적용한 배터리는 단 한 건의 화재도 발생하지 않은 것으로 나타났습니다.

 

LG화학은 소재 설계에 대한 기술력과 특허를 보유하고 있어 기존 문제를 해결하면서도 빠르게 양산 공정에 적용할 수 있는 수준의 소재 개발에 성공했습니다.

 

LG화학은 모바일용 배터리에 열폭주 억제 소재 안전성 검증 테스트를 마치고, 내년까지 대용량 전기차용 배터리에도 안전성 테스트를 이어갈 계획입니다.

 

 

※ 논문정보

- 논문명 : Thermal Runaway Prevention through Scalable Fabrication of Safety Reinforced Layer in Practical Li-ion Batteries

- 제1저자 : LG화학 송인택 책임

- 교신저자 : LG화학 김기환 연구위원, 포항공과대학교 이민아 교수

- 소재 검증 및 분석 : 포항공과대학교, LG에너지솔루션