리튬배터리의 발화 매커니즘
배터리 화재 왜 일어날까? 리튬 배터리로 인한 화재가 발생되었다는 것은 다시 말해 강한 열에너지를 발생시켰다고 볼 수 있습니다. 분리막을 통해 음극과 양극이 만나는 현상 즉 단락이 발생된다거나, 덴드라이트 등과 같이 단락의 원인 다르더라도 전자이 이동이 급격히 진행되는 경우 주울 열(Joule heat)에 의해 발화가 진행될 수 있습니다. 다음은 리튬배터리에서 발생할 수 있는 발화 메커니즘에 대한 설명입니다. 1. 제조 결함에 따른 이물 혼입 배터리 제조 과정에서 이물질(금속 또는 금속산화물)이 양극과 분리막 사이에 유입되면 충전과 방전을 계속하면서 이물질이 환원전압 영역에 이르면 금속 이온 상태로 환원되어 분리막을 통과하여 음극으로 이동하게 되고 음극으로 이동한 금속 이온물질은 음극 활물질 표면에 축적되면서 결정성을 지닌 덴드라이트(Dendrite, 수지상정) 형태로 성장하게 되고 덴드라이트가 성장하여 분리막을 거쳐 양극의 접촉되면 음극의 전자가 순식간에 양극으로 흐르면서 이때 발생된 주울 열에 의해 발화 폭발이 가능하게 됩니다. 2. 과충전 충전이 계속되어 과충전이 되면 발열을 하고 전해질에서 가연성 가스의 발생 등이 일어나게 됩니다. 일반적으로 과충전 시 배터리 내부에서는 처음에 전해액과 마이너스극의 환원 반응이 일어나서 전해액의 열분해, 전해액과 플러스 극과의 산화분해, (-)극의 열분해, (+)극의 열분해, 최후에는 분리막의 용융 유동에 의한 내부 단락이 발생됩니다. 과충전을 하면 플러스극은 산화, 결정구조 파괴 의한 발열이 일어나고 마이너스극은 금속 리튬이 석출되게 됩니다. 과충전 방지 보호회로(Protection Circuit Board, 이하 PCM) 있더라도 고장 등의 이유로 기능하지 못하는 경우에 과충전이 발생되어 폭발할 수 있고 과충전을 방지하기 위해 PCM이 설치되어 있는 경우에도 다음과 같은 경우 화재로 연결될 수 있습니다. 1) 배터리의 설정을 잘못하여 충전...