• 한국산업융합학회 논문집
• /
• 제27권1호
• /
• pp.63-70
• /
• 2024

Lithium-ion batteries (LIB) are widely used in various sectors, such as transportation (e.g., electric vehicles (EV)) and energy (e.g., energy storage facilities) due to their high energy density, broad operating temperature (-20 ℃ ~ 60 ℃), and high capacities. LIBs are powerful but fragile on external factors, including pressure, physical damage, overheating, and overcharging, that cause thermal runaway causing fires and explosions. During a LIB fire, a large amount of oxygen is generated from the decomposition of ionogenic materials. A water fire extinguisher that helps with cooling and suffocating must be essentially required at the same time. In fact, however, it is difficult to suppress LIB fires in the case of EVs because a LIB is installed with a battery pack housing that interrupts direct extinguishing by water. Thus, this study aims to investigate effective fire extinguishing measurements for LIB fires by using an EV. Relevant documents, including research articles and reports, were reviewed to identify effective ways of LIBs fire extinguishing. A real-scale fire experiment generating thermal runaway was carried out to figure out the combustion characteristics of EVs. This study revealed that the most effective fire extinguishing measurements for LIB fires are applying fire blankets and water tanks. However, there is still a lack of adequate regulation and guidelines for LIB fire extinguishment. Taking this into account, developing functional fire extinguishment measurements and available regulatory instruments is an urgent issue to secure the safety of firefighters and citizens.

• 전기화학회지
• /
• 제17권4호
• /
• pp.222-228
• /
• 2014

리튬 이차전지 양극소재인 Ni-rich계의 $Li[Ni_{1-x-y}Co_xMn_y]O_2$는 높은 방전용량을 갖고 있지만 Ni의 함량이 많아짐으로써, 구조적 안정성과 전기화학적 특성이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 양이온 도핑에 대한 연구가 시행되고 있다. 본 연구는, 공침법을 이용하여 제조한 $Ni_{0.6}Co_{0.1}Mn_{0.3}(OH)_2$ 전구체를 사용하여 바륨(Ba)이 도핑된 $Li[Ni_{0.6-x}Ba_xCo_{0.1}Mn_{0.3}]O_2$ (x=0.01)를 합성하였고, 바륨(Ba)의 도핑에 따른 구조적 안정성 및 전기화학적 특성을 연구하였다. 구조적 특성분석을 위한 X선-회절분석 결과, 바륨(Ba) 도핑시 $I_{(006)}+I_{(102)}/I_{(101)}$(R-factor)비가 감소하는 것을 통해 층상구조의 안정성이 증가한 것을 확인하였고, 전기 화학적 특성이 개선될 것으로 예측하였다. 전기화학적 분석 결과, 바륨(Ba)을 도핑한 전극의 경우 과전압의 감소로 $Li[Ni_{0.6}Co_{0.1}Mn_{0.3}]O_2$ 전극보다 $Li[Ni_{0.6-x}Ba_xCo_{0.1}Mn_{0.3}]O_2$ (x=0.01)전극의 방전용량이 $23mAhg^{-1}$ 증가하였고, 구조적 안정성의 증가로 싸이클 특성의 개선과, 전극과 전해액 간의 전하이동 저항의 감소로 인하여 고율특성 특성이 개선된 것을 확인 하였다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제32권12호
• /
• pp.4205-4209
• /
• 2011

The $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$ silicate was prepared by blending of $Li_2MnSiO_4$ and $Li_2FeSiO_4$ precursors with same molar ratio. The one of the silicates of $Li_2FeSiO_4$ is known as high capacitive up to ~330 mAh/g due to 2 mole electron exchange, and the other of $Li_2FeSiO_4$ has identical structure with $Li_2MnSiO_4$ and shows stable cycle with less capacity of ~170 mAh/g. The major drawback of silicate family is low electronic conductivity (3 orders of magnitude lower than $LiFePO_4$). To overcome this disadvantage, carbon composite of the silicate compound was prepared by sucrose mixing with silicate precursors and heat-treated in reducing atmosphere. The crystal structure and physical morphology of $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$ was investigated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and high resolution transmission electron microscopy. The $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$/C nanocomposite has a maximum discharge capacity of 200 mAh/g, and 63% of its discharge capacity is retained after the tenth cycles. We have realized that more than 1 mole of electrons are exchanged in $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$. We have observed that $Li_2Mn_{0.5}Fe_{0.5}SiO_4$ is unstable structure upon first delithiation with structural collapse. High temperature cell performance result shows high capacity of discharge capacity (244 mAh/g) but it had poor capacity retention (50%) due to the accelerated structural degradation and related reaction.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제10권3호
• /
• pp.219-225
• /
• 2000

스피넬형의 $LiMn_2$O$_4$는 출발물질로 LiOH와 Mn($CH_3$COO)$_2$.$4H_2$O를 사용하여 졸-겔법으로 합성한 xerogel을 $150^{\circ}C$로 1차 열처리한 후 $350^{\circ}C$로 2차 열처리하여 합성하였다. 그러나 $350^{\circ}C$ 이상으로 열처리할 경우 $Mn_2O_3$가 생겼으며, 이로 인해서 Li/lM $LiClO_4$(in PC)$LiMn_2O_4$cell을 구성하여 0.25 mA/$\textrm{cm}^2$의 전류밀도로 충.방전 실험을 한 결과 $350^{\circ}C$에서 열처리한 것은 15 cycle후에 88 mAh/g에서 56 mAh/g으로 35.7%의 용량감소가 나타났으나 $500^{\circ}C$에서 열처리한 것은 89 mAh/g에 51 mAh/g으로 42.5%의 용량감소가 나타났으며 이는 $Mn^{3+}$ 의 증가로 인한 Jahn-Teller distortion의 결과로 볼 수 있다.

• 전기화학회지
• /
• 제12권2호
• /
• pp.189-195
• /
• 2009

고순도의 $\beta-Ga_{2}O_{3}$ 나노로드(nanorods)가 니켈산화물 나노입자를 촉매로 사용하고 갈륨금속분말을 원료물질로 이용하여 화학기상증착법으로 합성되었다. 전계방출형 주사전자현미경을 이용하여 $\beta-Ga_{2}O_{3}$ 나노로드를 관찰한 결과, 평균직경은 약 160 nm 그리고 평균길이는 $4{\mu}m$였으며 vaporsolid(VS) 성장기구를 통하여 성장되었음을 알 수 있었다. X-선 회절시험과 고분해능 투과전자 현미경을 이용한 결정구조 분석 결과, 합성된 나노로드의 내부는 단사정계 결정구조를 가지는 단결정의 $\beta-Ga_{2}O_{3}$로 이루어져 있고 외벽은 비정질 갈륨옥사이드로 이루어진 코어-셀 구조로 구성되어 있는 것을 확인하였다. 합성된 $\beta-Ga_{2}O_{3}$ 나노로드를 음극 활물질로 사용하여 전극을 제조하고 전기화학적 특성을 분석한 결과, 리튬/$\beta-Ga_{2}O_{3}$ 나노로드 전지는 첫 방전 시 867 mAh/g-$\beta-Ga_{2}O_{3}$의 높은 용량을 나타내었으나 초기 비가역 용량으로 인해 62%의 낮은 충 방전 효율을 나타내었다. 그러나 5 사이클 이후 높은 충 방전 효율을 보이며 30 사이클까지 안정된 사이클 특성을 나타내었다.

• 전기화학회지
• /
• 제17권4호
• /
• pp.229-236
• /
• 2014

본 연구에서는 리튬이온 이차전지 양극 활물질로 사용되는 $LiFePO_4$ 활물질을 이용하여 전지를 제조한 후 그 특성들을 평가하였다. 공침법을 이용하여 $FePO_4$ 전구체를 합성한 후 생성된 전구체에 리튬을 합성시키며, 열처리를 통하여 활물질을 생성시킨다. 열처리 온도에 의한 결과 중 $750^{\circ}C$에서의 결과가 가장 우수함을 확인하였으며 전도성을 확보하기 위하여 카본을 코팅하는 방법을 물리적 코팅 방식과 화학적 코팅방법으로 나누어 실험하였으며 물리적 카본 코팅의 결과 6wt%를 코팅했을 때 125 mAh/g의 용량을 보였으며 화학적 코팅에서는 코팅하지 않은 기본 활물질 보다 약 40%의 성능향상을 보여 130~140 mAh/g 대의 활물질 용량을 보였다. 다공성 구조체를 형성하기 위하여 nanocomposite을 투입한 실험에서는 $Al_2O_3$를 첨가한 활물질이 porous 형태의 구조체를 형성하고 $SiO_2$을 첨가한 활물질 보다 132 mAh/g의 용량으로 우수함을 알 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.259-259
• /
• 2007

층상구조의 전이금속 산화물($LiMO_2$, M=Co, Ni, Mn)은 리튬이차전지용 양극재료로 활발한 연구가 진행되고 있다. 차세대 리튬이차전지 시스템의 개발 및 고성능화를 위해서는 전지의 용량을 결정하는 핵심 부품인 양극재료의 고용량화 및 고안정화는 필수 불가결하다. 따라서 본 연구에서는 상업적으로 큰 장점이 있는 고상반응 공정을 이용하여 리튬이차전지용 양극소재를 제조하고, 소재의 전기화학적, 구조적인 특성을 평가하였으며, 다음과 같은 주제를 가지고 연구를 진행하였다. $LiCoO_2$ 양극재료는 리튬이온전지로 널리 사용되고 있다. 높은 에너지 밀도의 리튬이온전지를 얻기 위해서는 $LiCoO_2$ 양극재료가 고용량화 및 고밀도화를 가져야 한다. 여기서 $LiCoO_2$ 분말이 irregular particle morphology를 가지면 tap density가 $2.2-2.4gcm^{-3}$로 에너지 밀도가 낮으나, 구형 $LiCoO_2$의 정극재료는 tap density가 $2.6-2.8gcm^{-3}$로 상대적으로 energy density가 높아지는 효과가 있다. 구형 $LiCoO_2$ 양극재료를 합성하기 위해서는 chelating agent를 이용한 "controlled crystallization" 침전법을 사용하여 합성한 구형 코발트 수화물을 사용하고 있다. "controlled crystallization" 침전법에서 사용되는 chelating agent로는 주로 ammonia가 이용되고 있다. 본 연구에서는 chelating agent로 ethylene diamine을 사용하여 sodium hydroxides를 precipitation으로 침전 반응하여 구형 코발트 수화물을 합성하였다. 상기 방법으로 합성된 코발트 수화물과 리튬 수화물($LiOH{\cdot}H_2O$-고순도화학(高殉道化學))을 사용하여 고상법을 통하여 $LiCoO_2$를 합성하였다. 제조된 분말의 결정구조와 전기화학적 특성분석은 X-선 회절분석 및 리트벨트 구조정산, 그리고 충/방전 싸이클링을 수행하였으며, 분말의 미세구조 변화를 SEM을 이용하여 분석하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제57권6호
• /
• pp.861-867
• /
• 2019

차세대 리튬이차전지용 음극활물질로 각광을 받고있는 $Li_4Ti_5O_{12}$는 높은 수명특성, 낮은 비가역용량 그리고 충방전시 부피팽창이 거의 없는 물질이다. 하지만 낮은 전기전도도로 인하여 높은 전류밀도에서는 용량특성이 현저하게 낮아지는 단점을 가지고 있다. 이 문제점을 해결하기 위해 P123을 첨가한 졸-겔법으로 기공구조의 $Li_4Ti_5O_{12}$를 합성하였다. 제조된 샘플들의 물리적 특성을 분석하기 위해 XRD, SEM, BET를 사용하였고, 전기화학적 특성은 사이클테스트, cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS)로 분석을 하였다. P123/Ti = 0.01mol의 비율로 만들어진 $Li_4Ti_5O_{12}$에서 가장 균일한 입자사이즈, 높은 비표면적, 그리고 상대적으로 높은 기공의 분포를 보였다. EIS분석 결과 기공구조의 $Li_4Ti_5O_{12}$의 경우 저항을 나타내는 반원의 크기가 현저하게 감소하였으며, 전극 내 저항값이 줄어들었음을 알 수 있었다. 율속 테스트결과 0.2C에서 178 mAh/g, 0.5C에서 170 mAh/g, 5C에서 110 mAh/g 그리고 10C에서 90 mAh/g의 용량을 유지하였고 용량회복율 또한 99%로 매우 우수하였다.

• 전기화학회지
• /
• 제18권2호
• /
• pp.45-50
• /
• 2015

본 연구에서는 리튬 이온 전도성 세라믹 고체전해질($Li_{1+x+y}Al_xTi_{2-x}Si_yP_{3-y}O_{12}$, LATP)의 알칼라인 용액 내에서의 화학적 안정성을 증가시키기 위하여, 고체전해질 표면을 질화 공정 처리를 통해 개질하였다. LATP 고체전해질의 화학적 안정성 및 전기화학 특성과 관련된 고체전해질 표면 형상 및 구조 특성 등을 X-선 회절법, X-선 광전자 분광법, 주사 전자 현미경 및 임피던스 측정을 통하여 분석하였다. 질화 처리된 LATP 시료를 30일간 알칼라인 용액에 담지하여, 표면 처리하지 않은 시료와 비교시 향상된 화학적 안정성을 나타냈으며, 이를 하이브리드 리튬-공기 전지에 적용하여 비교시 개선된 충방전 분극 및 효율 특성을 보였다. 이러한 결과를 바탕으로 질화 처리 공정을 통한 표면 개질은 알칼라인 용액내에서의 세라믹 고체전해질의 화학적 안정성을 증가시키는데 효과적으로 도움이 될 것으로 판단된다.

• 대한화학회지
• /
• 제43권2호
• /
• pp.199-205
• /
• 1999

PAN-PVDF-PEGME 블랜드(blend)계의 고분자전해질을 만들어 전기화학적인 특성을 조사하였으며 PEGME의 첨가에 따른 물성변화를 측정하였다. PEGME가 첨가되면서 PVDF의 결정성은 감소하고, 이온 전도도는 대부분 $∼10^{-3}S/cm$의 이온전도도를 나타내므로 고분자전해질로 사용이 가능하다. 또한 이온전도도의 온도의존성으로부터 PEGME의 첨가양이 증가할수록 효과적으로 높은 이온전도도를 갖는 통로가 생겨 이온전도도가 증가하는 것으로 예상할 수 있다. SPE 2(10 wt% PEGME)에서 가장 큰 양이온 수율을 나타내고 있으며 PEGME의 양이 증가할 수록 감소하는 것을 알 수 있다. PEGME를 첨가하지 않은 SPE 1(PAN-PVDF계) 고분자전해질의 전기화학적으로 안정한 영역은 ∼4.3 V인 반면에 PEGME를 첨가한 SPE 2-4(PAN-PVDF-PEGME계) 고분자전해질은 ∼4.6 V까지 전기화학적으로 안정한 것을 알 수 있다. 또한 이 고분자전해질을 사용하여 전지를 구성하여 충방전 성능을 비교하여 보면 PEGME를 첨가함에 따라 방전 용량이 증가함을 알 수 있다. 즉 PEGME를 첨가함에 따라 이온전도도가 증대되며, 전기화학적으로 안정한 영역이 넓어질뿐만 아니라 전지구성시 방전 성능도 향상됨을 알 수 있다.