제조·이공계 전공 · 심화
리튬이온전지에서 열폭주(thermal runaway)가 진행되는 단계를 온도 구간별 반응 순서로 설명하고, 셀 레벨에서 이를 억제하기 위한 안전 설계 요소를 말해 주세요.
힌트 · SEI 분해 → 전해액-음극 반응 → 분리막 멜트다운 → 양극 산소 방출과 전해액 산화의 연쇄를 온도 순으로 정리하고, CID/벤트/세라믹 코팅 분리막/난연 첨가제 같은 대응책을 연결하세요.
SEI 분해분리막 멜트다운산소 방출자기발열벤트/CID세라믹 코팅 분리막
모범답안
열폭주는 발열반응이 온도를 올리고 그 온도가 다음 발열반응을 촉발하는 양성 피드백입니다. 대략 80120도에서 SEI가 분해되며 노출된 리튬화 흑연이 전해액과 반응해 자기발열이 시작되고, 130160도에서 폴리올레핀 분리막이 수축·용융되어 내부단락이 생깁니다. 이후 200도 이상에서 하이니켈 양극이 구조 붕괴와 함께 산소를 방출하고 전해액을 산화시켜 급격한 온도·압력 상승으로 이어집니다. 대응은 세라믹 코팅 분리막으로 내열 수축을 억제하고, 양극 표면 코팅·도핑으로 산소 방출 온도를 높이며, 난연·과충전 방지 첨가제, 원통형의 CID와 벤트, 파우치의 가스 배출 설계, 그리고 BMS의 전압·온도 상한 관리로 다층 방어하는 것이 기본입니다.
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