리튬폴리머전지의 전극전위 및 전류밀도 분포 모델링
Modeling of the Potential and Current Density Distribution
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 신치범
- 발행년도 2004
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 공학계열
- 본문언어 한국어
초록/요약
화석연료의 부존량의 한계와 대기환경오염으로 인하여 하이브리드 자동차(HEV)와 순수 전기자동차(EV)에 사용되는 축전지는 중요한 관심의 대상이 되고 있다. 현재 가장 활발히 연구되는 분야는 2차 리튬전지와 연료전지이고, 특히 리튬전지의 실용성과 활용성은 괄목할 만한 수준에 이르게 되었다. 리튬폴리머전지의 장점은 높은 에너지 밀도, 고전압, 낮은 자가방전율 그리고 고안전성 등이다. 그러나 하이브리드 자동차와 순수 전기자동차에 적용하기 위해서는 현재 사용되어지는 리튬폴리머전지보다 더 큰 용량의 리튬폴리머전지가 요구되어지고 있다. 전지전극의 성능은 종횡비와 전극 탭의 위치선정에 영향을 받는다. 만일 전극의 설계가 최적화되지 않는다면, 전위와 전류밀도는 불균일한 분포를 보이고, 전극의 활물질의 또한 불균일하게 사용된다. 특히 전류 크기가 큰 경우, 국부적인 전압강하(IR drop)가 증가하여 출력 특성이 떨어지게 된다. 이러한 영향은 전극의 크기가 커지면 커질수록 더 뚜렷해진다. 그러므로 더 큰 용량의 리튬폴리머전지의 생산을 위해서는 전극 설계의 최적화가 필요하다. 본 연구에서는 리튬폴리머전지의 scale-up을 위하여 전극의 전위 및 전류밀도 분포를 계산하는 모델링을 수행하였다. 전극의 방전깊이 분포는 전류밀도의 분포로부터 예측되었으며, 전극의 종횡비, 전극 탭의 위치, 전극을 통하여 흐르는 전체 전류의 세기가 전지의 성능에 미치는 영향을 고찰하였다.
more초록/요약
There is a significant interest in the use of batteries for hybrid electric vehicle (HEV) and electric vehicle (EV). The outstanding characteristics of lithium-polymer batteries (high energy density, high voltage, low self-discharge rate, and good stability among others) make them the preferred choice for such applications. However, much larger lithium-polymer batteries than those available in the market for consumer electronics are required for HEV and EV applications. The performance of a battery electrode is influenced by the aspect ratio, the placing of current collecting tabs, and the total amount of the current flowing through an electrode. If an electrode is not designed optimally, the potential and current density will be non-uniformly distributed, and the utilization of the active material over the electrode will be non-uniform. Accelerated degradation of the electrode may result due to excessive localized utilization of the active material on the electrode. That effect becomes more pronounced, as the size of the electrode becomes larger. Therefore, an optimum design of the electrode is pertinent for the production of larger lithium-polymer batteries. In this work, a modeling study is performed to calculate the potential and current density distribution on the electrodes for the scale-up of the electrode of a lithium-polymer battery. The distribution of the depth of discharge on the electrode is predicted from the current density distribution. The effects of the aspect ratio, the placing of current collecting tabs, and the total amount of the current flowing through an electrode on the battery performance will be discussed.
more목차
목차
제1장 서론 = 1
제2장 수학적 모델 = 3
제1절 지배 방정식 및 경계조건 = 5
제2절 전류밀도와 전위와의 관계식 = 9
제3절 방전깊이와 균일도 = 10
제3장 전산모사 = 11
제4장 결과 및 토의 = 14
제1절 실험데이터와 모델링 결과의 비교 = 14
제2절 전극의 종횡비에 따른 전극 활물질의 이용률 균일도 해석 = 24
제3절 전극의 탭의 위치 및 크기에 따른 전극 활물질의 이용률 균일도 해석 = 30
제4절 최적화된 형태의 전극에서의 활물질의 이용률 균일도 해석 = 43
제5절 20Ah급 리튬배터리의 제작을 위한 모델링 연구 = 47
제5장 결론 = 64
참고문헌 = 65
Abstract = 67
