리튬 배터리가 불이 타는 순서는??

전기자동차에 들어가는 리튬이온 배터리에 대해 이거저거 포스팅을 해보았습니다. 그러다 보니.. 원천적으로 리튬이온 배터리가 망가지는 메커니즘... 순서에 대해 언급하지 않아서.. 오늘은 리튬 이온 배터리가 불 타는 순서에 대해 이야기 해보고자 합니다. 오늘도 간단한 내용으로 진지하지 않게 진행해보겠습니다.

출처 : TheFastCode

리튬이온 배터리가 폭발하는 원인은 총 3가지로 구분할 수 있습니다.

- 제조 결함에 따른 이물 혼입

배터리 전해질을 만드는 업체에서는 불순물 관리를 엄격하게 하고 있습니다. 반도체 수준보다는 아니지만, 회사들의 경험으로 만들어진 불순물 관리를 체계적으로 하고 있습니다. 그러나.. 전해질 만드는 과정에서 문제가 생겼다면... 당연히 품질에서 과락되어 배터리 제조업체에 까지는 오기 어렵습니다. 불순물 관리라는 것이 어느 일정이상 들어오지 못하는 것이기에.. 거의 품질이상이 있기 직전의 단계에서... 배터리 제조업체로 간다면.. 어떻게 될까요.. 그리고 배터리 전극에서의 불순물 관리에서 거의 품질이상이 있기 직전의 제품으로 배터리를 제조하게 된다면...당연히 배터리 제조업체에서는 자체 품질 테스트를 합니다. 그렇다고 해도.. 이런 문제들이 품질테스트에서는 문제없다가.. 사용자에게 가면 문제가 생기게 됩니다. 이러한 불순물은 배터리 내부의 음극에서 수지 상정 (Dendrite)를 성장하게 됩니다. 이러한 줄기 같이 생긴 것이 점점 커지게 되는데.. 분리막이 기계적으로 손상을 입게 되고.. 양극으로 수지 상정이 직접적으로 연결되게 되면 폭발이 일어나게 됩니다. 리튬이온 배터리는 전자가 이동하는 것이 아니라 리튬이온이 이동하는 것이라.. 직접적으로 연결되게 되면 우리가 흔히 아는 과전류 발생을 하게 됩니다.

출처 : 과학기술정보통신부 - 연구실 내 배터리 취급 및 관리 메뉴얼

- 과충전 & 과방전

우리가 사용하는 리튬이온 배터리는 100% 사용하지 않도록 시스템으로 조정되고 있습니다. 시스템이라는 것이 항상 오류가 발생할 수 있습니다. 이러한 오류들이 하필.. 사용자에게 가면 꼭 생기게 되어 있습니다. 과충전을 하게 되는 경우 양극으로 사용되고 있는 알루미늄이 산화가 발생하게 됩니다. 그렇게 되면 양극 물질들이 구조 파괴가 발생하게 되면서 리튬이온 배터리의 순작용이 아닌 생각지도 못한 현상들이 발생됩니다. 그럼 과방전은 어떻까요? 과방전을 하는 경우 음극에 사용되는 구리판이 손상을 입게 되면서 음극 재료인 흑연이 파괴가 일어나게 되면서 과충전과 비슷한 현상들이 발견되게 됩니다.

- 외부의 열적 & 물리적 충격

전해질에 양극과 음극의 물리적인 분리를 분리막이라는 고분자 재질의 재료를 이용하여 오직 리튬 이온만이 이동되도록 하고 있습니다. 고분자 재료로써 열적 & 기계적인 성질이 약하여 용융 또는 손상으로 인해 전극이 단락을 하게 되면서 생각지도 못한 반응이 일어나게 됩니다. 

가장 많이 보게 되는 충전시에 화재가 발생되는 경로를 보게 되면...

온도	현상	발생
~120도	SEI Layer breaking (양극 파괴)
130도	Melting Separator (분리막의 외부적 손상)	스파크 발생
~310도	전해질 및 양극소재 분해	가스 발생
>400도	폭발	가연성 가스와의 반응

출처 : E2News

예전 포스팅에서도 말씀드렸다시피.. ~310도까지 반응이 보통 8분 이내에 발생하게 됩니다. 여기서 발생된 가스가... 폭발을 하면서.. 우리가 알고 있는 전기자동차 화재가 발생하게 됩니다. 10분이내에 골든 타임을 놓치게 되면.. 다들 아는 내용으로 8시간이상 소화를 진행해야 합니다. 근데.. 폭발을 해야 우리가 알 수 있는 거라.. 외부의 도움이 아닌 자체적으로 지연시키는 것이 필요할 것으로 생각됩니다.