삼원계 리튬 배터리에 비해 리튬 인산철 배터리의 안전성 우월성 발견

삼원계 리튬 배터리와 비교한 리튬 인산철(LiFePO4) 배터리의 안전 우위 이해

리튬 인산철(LiFePO4) 및 삼원계 리튬 배터리 는 특히 "에너지 밀도"와 "안전성"과 관련하여 뚜렷한 특징을 보입니다. 삼원계 리튬 배터리는 높은 에너지 밀도를 자랑하지만 안전성에 대한 우려가 종종 제기됩니다. 반면, LiFePO4 배터리는 에너지 밀도는 낮지만 안전성이 강화된 것으로 널리 인정받고 있습니다.

예를 들어, 18650 셀(직경: 18mm, 높이: 65mm)에서 삼원계 리튬 배터리는 최대 3500mAh의 용량을 구현할 수 있는 반면, LiFePO4 배터리는 같은 부피 내에서 약 2000mAh로 제한됩니다.

리튬 인산철 배터리가 안전한 이유

LiFePO4 배터리는 리튬 인산철을 양극 물질로 사용합니다. 이 구성은 리튬 코발트 산화물이나 니켈 기반 소재와 같은 대체 소재에 비해 훨씬 더 안정적입니다. LiFePO4의 P-O 결합은 고온이나 과충전 조건에서도 분해에 대한 저항성이 매우 뛰어납니다. 이러한 특성은 열 관련 문제의 위험을 최소화하고 반응성이 높은 물질의 방출을 방지하여 안전성을 크게 향상시킵니다.

리튬 인산철 배터리의 장점:

1. 수명 연장: LiFePO4 배터리는 80% 방전 깊이(DOD)에서 4000회 이상의 사이클을 견딜 수 있어 일반적인 사용 시나리오에서 10~15년의 수명을 제공합니다.
2. 사용 안정성: 스파이더웨이 배터리는 차량 사고와 같은 극한의 상황에서도 엄격한 안전 테스트를 통과하여 폭발하지 않는 것으로 인증되었습니다.
3. 급속 충전 기능: 이 배터리는 1.5℃에서 작동하는 전용 충전기를 사용하면 40분 만에 완전히 충전할 수 있습니다.
4. 고온 내성: 350-500°C의 온도에서도 안전성을 손상시키지 않고 견딜 수 있습니다.
5. 대용량 및 메모리 효과 없음: 배터리는 '메모리 효과'에 영향을 받지 않아 시간이 지나도 용량이 일정하게 유지됩니다.
6. 환경적 책임: 리튬이온 배터리는 무독성이며 환경에 미치는 영향이 적고 풍부하고 비용 효율적인 원재료로 제작됩니다.

일반적으로 니켈, 코발트, 망간(NCM)이 포함된 삼원계 리튬 배터리도 특정 안전 기능을 갖추고 있습니다:

1. 안정적인 음극 구조: 삼원계 리튬 소재의 구조 내 산소는 안정적이고 쉽게 방출되지 않아 화재나 폭발의 가능성을 줄여줍니다.
2. 일관된 전압 프로파일: 제조 공정을 통해 삼원계 리튬 입자가 작아져 내부 구조가 더욱 균일해집니다. 이러한 배열은 작동 안정성을 높여줍니다.
3. 안전한 충전 및 방전: 소재의 산화 능력이 강하지 않아 충전 및 방전 주기 동안 산화 환원 반응이 일어나기 어렵기 때문에 보다 안전한 작동 환경을 보장합니다.

하지만 삼원계 리튬 배터리는 극한의 조건에서 안전상의 위험을 초래할 수 있습니다:

• 차량 사고와 같은 충격이 큰 상황에서는 배터리 다이어프램이 손상되어 단락이 발생할 수 있습니다. 발생된 열은 열 폭주를 유발하여 온도가 300°C 이상으로 급격히 상승할 수 있습니다.
• 삼원계 리튬 배터리의 열 안정성은 300°C 이하의 온도에서 분해되어 급속한 폭발을 일으킬 수 있기 때문에 LiFePO4보다 열 안정성이 떨어집니다.

어떤 배터리가 더 안전한가요?

두 유형의 주요 안전 차이는 양극재에 달려 있습니다. 삼원계 리튬 배터리는 약 200°C에서 분해되기 시작하여 산소를 방출하고 전해질 연소를 가속화하여 화재를 일으킬 수 있습니다. 반면 SPIDERWAY LiFePO4 배터리는 700~800°C까지 안정성을 유지하며 산소 분자를 방출하지 않아 연소 가능성을 낮춥니다.

안전성은 소재에만 의존하는 것이 아니라는 점에 유의해야 합니다. 배터리 시스템의 전반적인 안전성은 다음과 같은 조건에 따라 달라집니다. 배터리 과충전, 과방전, 온도 및 전류를 관리하여 사고를 예방하는 BMS(배터리 관리 시스템)를 제공합니다.

삼원계 리튬 배터리는 극한 조건에서 화재가 발생하기 쉽지만, 강력한 BMS를 사용하면 이러한 위험을 완화할 수 있습니다. LiFePO4 배터리는 화학 성분으로 인해 본질적으로 더 안전하지만 절대적인 안전을 보장하기 위해서는 적절한 시스템 관리가 필요합니다. 따라서 삼원계 리튬 배터리를 본질적으로 안전하지 않다고 하거나 LiFePO4 배터리를 항상 완전히 안전한 것으로 분류하는 것은 부정확하며, 둘 다 신중한 설계와 관리에 크게 의존합니다.

작성자 프로필

스파이더웨이

산업용 차량 배터리 분야에서 10년의 경력을 쌓은 SpiderWay LiFePO4 배터리 영업 엔지니어가 산업용 LiFePO4 배터리 제품에 대한 모든 질문에 답변해 드립니다.

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