리튬이온전지 열폭주 초기 SEI 분해 반응의 반응속도론적 모델링

기계공학과 홍종섭 교수 연구팀은 MIT 기계공학과 Sili Deng 교수 연구팀과의 해외 공동연구를 통해 리튬이온전지 열폭주 초기 단계에서 중요한 역할을 하는 고체전해질막(SEI) 성분인 lithium methyl carbonate(LMC)의 열분해 반응과 반응속도론적 거동을 정밀하게 모델링하였다. 본 연구에서는 LMC 분해 과정에 대한 6단계 elementary reaction model을 제안하고, 화학 반응 기반 신경망과 열분석 데이터를 결합하여 SEI 저온 분해 과정에서의 물질 변화와 열적 거동을 정량적으로 해석하였다. 또한 LMC 자체의 분해 특성뿐 아니라 전해질 및 염과의 발열 상호작용을 예측할 수 있는 간결한 수치 모델을 구축함으로써 열폭주 self-heating 단계에 대한 이해를 확장하였다. 이번 연구는 전기자동차 배터리 화재의 초기 기점으로 작용하는 SEI 분해 반응을 반응속도론적 관점에서 규명하고, 배터리 안전성 향상을 위한 열폭주 예측 모델 및 소재 설계 전략의 기반을 제시하였다. 연구 성과는 화학공학 분야의 권위지인 Chemical Engineering Journal(2024년 기준 Impact Factor 13.2)에 게재되었다.

관련 논문 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894726021832