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전기차용 안전하고 효율적인 리튬이온 배터리를 확보하는 방법

28 8월 2018
  • 타민 피터 시디키 박사DSM Engineering Materials의 전자제품 글로벌 마케팅 이사

우리는 자동차 산업의 방향이 전기차로 전환함에 따라 자동차와 전자 산업 간의 통합이 증가되는 것을 볼 수 있습니다. 배터리 주행 거리가 증가하고, 그로 인해 완전히 전기로 구동되는 자동차에 대한 소비자의 관심도 증가하고 있습니다. 배터리가 kWh당 미화 150~200달러 선에서 내연기관과 비용이 동일해 질 때 유일한 에너지원이 배터리인 차량의 판매가 정점에 이를 것입니다. 그 후로는 자동차 제조업체들은 전기차에 보다 많은 에너지와 투자를 집중할 것이며 내연기관은 다음 20~30년 동안 신차에서 사라질 것으로 예상됩니다.

배터리 구동 차량의 세계에서 최신 리튬이온 배터리(LiB)는 보다 높은 출력과 에너지 밀도로 인해 주요 관심사가 되고 있습니다. 스마트폰에서 기차 구동에 이르기까지 모든 전자 어플리케이션에서 사용이 가능한 LiB는 지난 10년간 가격이 1/10로 줄었습니다. 2018년 가격에서 1/2로만 줄어들면 내연기관의 비용과 동등해 집니다.

LiB 셀은 배터리의 기본 구성 요소입니다. 셀은 전극, 분리기 및 전해액을 포함합니다. 셀들은 하우징 안에 더미를 이루고 퓨즈로 보호되는 버스 바를 통해 상호연결되어 있습니다. 전해액은 가연성이 매우 높기 때문에, LiB와 셀용 소재는 화재나 폭발의 원인이 될 수 있는 합선이나 누출을 방지하기 위해 아주 엄격한 안전 표준을 지켜야 합니다.

LiB의 안전성을 향상시키는 한 가지 방법은 전해질에 석시노니트릴(SN)을 첨가하는 것입니다. SN은 LiB의 비중, 충 방전 효율, 열안정성, 주기 성능뿐만 아니라 배터리의 전반적인 안정과 수명을 향상시킵니다. SN을 LiB 내의 전해질에 첨가할 경우 어플리케이션이 자동차 배터리이든, 노트북이든, 스마트폰이든, 야외 장비이든 상관없이 필히 순수한 제품을 사용해야 합니다. 또 다른 중요한 안전 기능은 셀 접점에서의 전해질 누설을 방지하기 위하여 프리즘형 셀을 밀봉하는 것입니다. 이 어플리케이션은 플라스틱과 금속 간에 강력한 접착력과 높은 내화학성을 입증하는 소재를 필요로 합니다.

효과적인 LiB의 핵심은 기계적 안전성입니다. 배터리는 퓨즈에 의해 보호되는 다수의 상호연결된 셀로 구성되어 있기 때문에 전체 시스템에서 셀이 이동할 수 없습니다. 셀이 변위되면 접촉 저항이 변경되고 전기적으로 퓨즈에 압력이 가해집니다 이로서 셀 혹은 전체 모듈이 고장으로 이어질 가능성이 생깁니다. 충전 및 방전 중에 배터리 내에서 생성되는 고열 때문에 사용되는 소재는 추가 요건을 충족해야 합니다. 이 어플리케이션에 사용되는 소재는 높은 치수 안정성, 우수한 내화학성 및 온도 저항성, 엄격한 전자제품 규정을 충족하는 난연성을 제공하고 셀 내에서 발생된 열이 모듈의 능동 및/또는 수동 방열판으로 전달될 수 있도록 높은 열전도성이 필요 합니다.

추가적으로 안전성을 고려할 대상은 배터리 셀 하우징 제작에 사용되는 소재입니다. 전통적으로 일반 플라스틱으로 만드는 트레이를 열전도 플라스틱으로 만드는 경우 배터리 모듈의 전체 열관리를 크게 향상 시킬 수 있습니다. 그래서 높은 열부하를 금속 버스 바나 추가적인 냉각수 시스템으로 전달하여 배터리의 효율성과 서비스 수명을 개선하는 데 도움이 될 것입니다.

DSM에는 이런 모든 LiB 어플리케이션을 위해 특별히 설계된 소재가 있습니다. 세계 최대 SN 제조업체 중 하나로, 당사의 소재는 최고의 순도를 자랑하며 보다 안전하고 효율적인 LiB를 보장합니다. 당사의 Xytron PPS 소재는 프리즘형 씰에 사용되며 접착제 없이도 금속에 우수한 직접 접착력을 입증합니다. 또한 이 소재는 높은 치수 안정성, 동급 최고 내화학성과 온도 저항성, 고유 난연성, 높은 열전도율로 인하여 배터리 셀 하우징과 배터리 트레이에 이상적인 제품입니다. 사출성형 중에 플래시가 형성되지 않고 성형 후 재작업이 필요 없는 우수한 가공성을 보장합니다.

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