리튬이온전지의 비가역적 리튬 손실과 리튬 석출에 따른 방전 거동 모델링
Modeling the effect of cyclable lithium loss and lithium plating on the discharge behaviors of a lithium-ion battery
- 주제(키워드) 2차전지 , 배터리 , 아주대학교
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 신치범
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000031953
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
화석연료 사용을 줄이고 친환경적인 에너지 사용을 추구하는 현재, 리튬이온전지(Lithium-ion battery)는 전기자동차(EVs)와 에너지저장장치(ESS) 등의 산업에 많이 활용되고 있으며 안전성에 대한 요구와 함께 우수한 성능을 필요로 한다. 리튬이온전지의 성능은 온도, 충전 상태(SOC; State-of-charge), 과충/방전 그리고 수명에 따른 노화 등 다양한 조건에서의 물리화학 반응에 의해 저하된다. 따라서 전지의 성능을 정확하게 파악하고 최적의 상태에서 사용하기 위해 이러한 요소들을 고려하여 모델을 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 NCM622 양극, 천연흑연 음극, 유기 전해질, 그리고 분리막으로 구성된 동전 형태(Coin-type)의 리튬이온전지를 사용하였다. 전지의 비가역적 리튬 손실 및 리튬 석출에 따른 방전 시 전기적 거동과 성능 변화 예측을 위한 수학적 모델링을 진행하였다. 0.05 C-rate, 0.25 C-rate 그리고 0.5 C-rate에 해당하는 전류를 인가하고 방전 시험 결과와 모델링 결과를 비교함으로써 모델을 검증하였다. 모델링을 통한 계산 결과는 진행된 시험 결과와의 높은 정확도를 가지는 것으로 확인하였다. 검증된 모델을 활용하여, 복합열화현상의 영향으로 리튬이온전지의 방전용량 및 방전출력의 변화에 대해 예측하였다. 모델링의 결과 방전 시 C-rate와 비가적인 리튬 손실 및 리튬 석출 현상이 전지의 전기적 거동에 영향을 미치는 것을 확인하였다.
more초록/요약
Currently, to reduce the use of fossil fuels and to use eco-friendly energy, lithium-ion batteries(LIBs) are widely used in industries such as electric vehicles (EVs) and energy storage systems (ESS) and require excellent performance and safety. The performance of LIBs are degraded by the physicochemical reactions occuring under various conditions, such as temperature, SOC, over-charge, over-discharge and calendar aging, etc. Therefore, in order to optimize the performance and state of batteries, it is necessary to develop a model in consideration of these factors. In this study, coin-type LIB cell composed of NCM622 cathode, natural graphite anode, organic electrolyte, and separator was used. The mathematical modeling was performed to predict the effect of the cyclable lithium loss and lithium plating of LIB cell on the discharge behaviors. The model according to cyclable lithium loss and lithium plating on the discharge behaviors was verified at 0.05 C-rate, 0.25 C-rate and 0.5 C-rate. The modeling results are in good agreement with the experimental results. In addition, the change of discharge capacity and discharge power of a LIB cell was predicted by using a validated model. The modeling results exhibit strong dependencies of the discharge behaviors of a LIB cell on the C-rates, cyclable lithium loss and lithium plating.
more목차
1. 서론 1
1.1 리튬이온전지 1
1.2 리튬이온전지의 노화 메커니즘 4
1.3 연구목표 6
2. 수학적 모델 7
2.1 동전형 전지에서의 1차원 유한요소법 모델링 7
3. 리튬이온전지의 시험 12
3.1 리튬이온전지 제작 12
3.2 방전시험 15
4. 결과 21
4.1 리튬이온전지의 방전 모델링 결과 21
5. 결론 47
참고문헌 49
Abstract 54
