외부충격에 의해 발화/폭발된 리튬 이차전지의 사고분석
Failure Analysis of a Failed Lithium-ion Battery by External Impact
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초록
리튬 이차전지는 소형 전자기기와 전기차 시장 고객의 수요로 인해 에너지 밀도와 출력에서 점차 높은 성능이 요구되고 있다. 이러한 고성능에 맞추어 리튬 이차전지의 안전성에 대한 인식도 점차 증가되고 있으며 특히, 중대형 어플리케이션에 대한 안전성 문제는 매우 민감할 수 밖에 없다. 본 연구에서는 실제 사용자 과실로 외부충격에 의하여 발화/폭발된 배터리 사고품을 비파괴(X-ray CT) 및 파괴(해체) 분석을 통해 발화/폭발 패턴을 조사하였고 재현실험을 통하여 충격물체와 배터리 간의 사고 흔적 확인에 대한 가능성을 제시하였다. 본 실험을 통해 외부충격으로 배터리 캔이 일부 관통될 경우, 배터리가 부풀어 오르는 스웰링 현상이 발생할 수 있고 충격물체(혹은 배터리 캔)와 젤리롤 간의 내부단락으로 극판에 특이한 패턴의 변색 혹은 홀을 확인할 수 있었다. 또한, 충격물체와 배터리 캔 간의 충격마찰로 발화/폭발 후 배터리 캔의 손상부에서 충격물체로 추정할 수 있는 증거들을 확인할 수 있었다. 그러므로 이 같은 결과가 리튬 이차전지의 객관적이고 합리적인 사고분석기법으로 공유할 수 있도록 함은 물론, 과학수사기법에도 기여할 수 있을 것이다.
Abstract
Li-ion battery technologies have been required to achieve high performance in energy density and output power due to the high demand from consumer of electronics market and electric vehicle. According to these critical performances, safety of Li-ion batteries is increasingly recognized, especially in large scale applications. In this work, we investigate the failure patterns of Li-ion incidents by external impact using nondestructive(with X-ray CT) and destructive (with disassembly electrodes) analysis, and propose the possibility of accident traces between battery and impact product after failure through the reappearance experiment. It is found that when the impact product partially penetrated the battery by external impact, the battery occur swelling, and could observe the discoloration and/or hole with pattern for the electrodes by internal short between the jelly roll and the impact product. Also, it is found that the assumed evidence as impact product is observed at the damage position of battery by impact friction between the battery and the impact product. We believe that these results could help to understand not only the objective and rational failure analysis but also forensic science for the Li-ion batteries.
참고문헌 (19)
- "Secondary lithium cells and batteries for portable applications –Part 1: Secondary lithium cells", IEC 61960-1, ~ (2000)
- "Secondary lithium cells and batteries for portable applications –Part 2: Secondary lithium batteries", IEC 61960-2, ~ (2001)
- "Lithium Batteries", UL 1642, ~ (1995)
- "Household and Commercial Batteries", UL 2054, ~ (2000)
- "Secondary lithium cells for portable applications", JIS C 8711, ~ (2000)
- 이승훈, "이동전화 단말기용 배터리에서의 발화위험성에 대한연구", 국립과학수사연구소 50주년 기념 국제과학수사 심포지엄자료집 (2005)
- 남상백, "디지털카메라 Battery 폭발사고 화재감식사례 연구", 한국화재감식학회지, 1(1), pp.162~171 (2009)
- 오재근, "휴대폰 배터리 폭발 사고사례", 한국법과학회지, 9(1), pp.66~71 (2008)
- 김수영, "노트북배터리의 화재위험성 평가 방법에 관한 실험적 연구", 한국화재소방학회 추계학술논문발표회 논문집, pp.513~517 (2008)
- 최충석, "에너지원에 따른 이동전화기 배터리의 소손패턴 해석에 관한 연구", 한국화재소방학회 논문지, 25(6), pp.21~26 (2011), 한국화재소방학회
- CJ Mikolajczak, "A Scientific methodology for investigation of a lithium ion battery failure", IEEE International Conference:Portable Information Devices, pp.1~6 (2007)
- J. Loud, "Failure analysis methodology for Li-ion incidents", 33rd International Symposium for Testing and Failure Analysis, pp.242~251 (2007)
- R Stringfellow, "Lithium-ion battery safety field-failure mechanisms", 218th Electrochemical Society Meeting, pp.322~ (2010)
- TB Reddy, "Linden's Handbook of Batteries" (2010), McGraw-Hill
- PG Balakrishnan, "Safety mechanisms in lithium-ion batteries", J Power Sources, 155, pp.401~414 (2006)
- Q Wang, "Thermal runaway caused fire and explosion of lithium ion battery", J Power Sources, 208, pp.210~224 (2011)
- 이선홍, "내부쇼트에 의해 발화", 폭발된 리튬이차전지 분석 평가 및 해석, 2014, pp.8(1), 9~15[DOI]
- V Scott, "Quantitative Electron-Probe Microanalysis" (1995), Ellis Horwood
- Global Forecasts for Light Duty Hybrid, Plug-in Hybrid, and Battery Electric Vehicles: 2013-2020, "D Hurst", ~ (2013)