**소개:**
새로운 에너지원의 급속한 발전으로 리튬 이온 배터리는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 저온 환경에서 리튬 이온 배터리는 방전 용량 감소, 내부 저항 증가, 충방전 효율 저하 등 여러 가지 성능 문제에 직면합니다. 본 논문에서는 저온 환경에서 리튬 이온 배터리의 문제점을 심층적으로 살펴보고, 특히 리튬 이온 배터리 예열 기술의 연구 개발에 중점을 두고 몇 가지 전략을 소개합니다.
**I. 배터리 온도가 낮을 경우 배터리 성능에 미치는 영향**
1. **배터리 방전 용량 감소:**
가장 중요한 요소 중 하나인 배터리 용량은 저온 환경에서 크게 감소합니다. 온도-용량 곡선을 살펴보면 -20°C에서는 용량이 15°C의 약 60%에 불과합니다. 이는 주로 양극 물질의 활성 감소로 인해 리튬 이온의 이동 속도가 느려지고 이로 인해 용량이 감소하기 때문입니다.
2. **내부 저항 증가:**
배터리 내부 저항과 온도 사이에는 명확한 상관관계가 있으며, 저온에서는 내부 저항이 상당히 증가합니다. 이는 양극 및 음극 물질에서 대전된 이온의 확산 및 이동 능력이 감소하여 내부 저항이 증가하기 때문입니다. 전극과 전해질 사이에 형성되는 부동태 피막은 이온의 자유로운 이동을 방해합니다.
3. **충전 및 방전 효율 감소:**
배터리 온도가 낮으면 충전 효율이 크게 저하됩니다. -20°C에서는 충전 효율이 15°C의 65%에 불과합니다. 이는 전기화학적 성능 변화로 인해 상당한 양의 전기 에너지가 내부 저항의 열로 소모되어 충전 효율이 저하되기 때문입니다.
**II. 저온에서 리튬 이온 배터리 내부의 2차 반응**
리튬 이온 배터리는 성능 저하 외에도 저온에서 다양한 2차 반응을 겪으며, 이는 배터리 용량 감소 및 성능 저하로 이어집니다. 이러한 반응은 주로 리튬 이온과 전해질 사이에서 발생하며, 비가역적인 반응을 일으킵니다.
1. **음극 반응:**
음극재의 전위는 양극재의 전위보다 훨씬 낮아 음극에서 비가역적인 반응이 발생하여 문제가 되는 고체 전해질 계면(SEI) 피막이 형성됩니다. SEI 피막의 균열은 전해질과 전극 사이에 직접적인 접촉 채널을 제공하여 지속적인 내부 반응과 성능 저하를 유발합니다.
2. **양극 반응:**
양극재의 활성도 감소는 양극에서 리튬 이온의 확산 및 이동을 방해합니다. 지속적인 사이클은 전극의 팽창 및 수축을 유발하여 SEI 필름 파열을 초래하고, 이는 배터리 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.
**III. 리튬이온 배터리 저온 예열 기술 연구 개발**
저온 환경에서 리튬 이온 배터리가 겪는 문제에 직면하여, 기술자들은 배터리 방전 용량과 장기 수명을 개선하기 위해 충전 및 예열과 같은 전략을 제안했습니다.
1. **예열 방법:**
예열 방식은 외부 가열과 내부 가열로 구분할 수 있습니다. 외부 가열과 비교했을 때, 내부 가열은 장거리 열전도와 국부적인 열점 형성을 방지하여 배터리의 가열을 더욱 균일하게 하여 가열 효율을 향상시킵니다.
2. **내부 교류(AC) 예열 방식:**
연구는 가열 속도와 효율에 중점을 두고 있으며, 예열 중 리튬 석출과 같은 2차 반응을 방지해야 합니다. 배터리 관리 시스템(BMS)은 리튬 석출 조건을 실시간으로 예측하고 제어해야 하므로, 모델 기반 저온 제어 배터리 가열 기술이 필요합니다.
**결론:**
리튬 이온 배터리의 급속한 발전 속에서 저온 환경의 과제 해결은 매우 중요합니다. 배터리 성능에 미치는 영향에 대한 심층적인 연구와 예열 기술의 지속적인 혁신을 통해, 저온 환경에서 리튬 이온 배터리의 성능 문제를 더욱 효과적으로 해결하고, 신뢰성과 수명을 향상시키며, 새로운 에너지 응용 분야 개발을 촉진할 수 있습니다.
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게시 시간: 2024년 1월 2일
