LG화학-LX하우시스, 전기차 배터리 열폭주 대응 소재 공동 개발
LG화학이 LX하우시스와 함께 1,500℃ 화염에서 20분 이상 견디는 배터리 열폭주 지연 소재를 개발했다고 27일 밝혔다.
양사가 공동 개발한 ‘특수 난연 열가소성 연속섬유 복합소재(특수 난연 CFT)’는 강한 화염과 높은 압력에서 기존 복합소재보다 14배 이상 긴 시간 동안 견딜 수 있는 것이 특징이다.
LG화학의 자체 테스트 토치 테스트 결과 1.6㎜ 두께의 얇은 특수 난연 CFT에 1,500℃ 이상의 열과 압력을 가했을 때 20분이 지나도 녹아 흘러내리거나 구멍이 생기지 않았다. 이는 업계 최고 수준의 화염 차단 성능이다.
특수 난연 CFT에는 LG화학의 열폭주 지연 소재 기술과 LX하우시스의 열가소성 복합소재(CFT, Continuous Fiber Thermoplastics) 제조 기술이 적용됐다. LG화학이 지난해 개발한 열폭주 지연 소재는 1,000℃ 이상에서 당시 세계 최장시간인 10분 넘게 화염을 차단하는 성능을 가졌다. LX하우시스는 LG화학의 소재를 테이프 형태로 만들어 적층하는 제조 공법을 사용해 차단 성능을 향상시켰다.
특수 난연 CFT는 단단하고 힘에 의한 변형이 작은 고강성 소재로, 전기차 배터리 부품 중 크기가 큰 배터리팩 상단 및 하단 커버 등에 적용 가능하다. 전기차 화재 발생 시 불길이 퍼지는 것을 효과적으로 지연시켜 운전자의 대피와 화재 진압에 필요한 시간을 확보하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
한국자동차공학회에 따르면 전기차 배터리 화재의 주요 원인인 열폭주는 다양한 원인으로 배터리 셀에 스트레스가 가해지며 셀이 손상되는 데 따른 것이다. 이것이 화재, 열전이로 이어져 화재 확산 및 폭발이 일어나게 된다. 셀 스트레스 및 오용 조건은 크게 기계적(충돌, 찌그러짐, 관통 등), 전기적(과충전, 과방전, 외부단락 등), 열적(저항 및 열 증가) 오용과 내부단락(분리막 기능 소실) 등의 조건 등이다. 많은 전기차 유저들이 선호하는 급속 충전 역시 배터리 셀의 부하를 높여 화재 가능성을 높일 수 있다.
이러한 열폭주로 인한 화재 현상은 전기차의 대중화를 늦추는 요소 중 하나로, 전기차 및 배터리 고객사의 페인 포인트(Pain point)로 꼽혀왔다. LG화학과 LX하우시스는 기존 플라스틱만으로는 견디기 어려웠던 열폭주의 열과 압력을 특수 난연 CFT 개발로 해결했다.
LG화학은 지난 2009년부터 열폭주 지연 소재에 대한 연구 개발을 이어왔다. 지난해에는 소재 개발을 완료하고 양산 체계를 구축했다. 세밀한 성형이 가능한 열폭주 지연 소재는 배터리 모듈에 주로 사용된다. 올해 개발한 특수 난연 CFT는 모듈을 감싸는 대형 배터리팩 커버에 쓰이는 만큼, 두 소재가 함께 쓰이면 불길이 퍼지는 것을 이중으로 막아낼 수 있다.
한편 소방청 통계 자료에 따르면 최근 3년간 국내 전기차 화재는 총 44건으로 매년 가파른 증가 추세를 보이고 있다. 이 시기 전기차 대수가 대폭 증가한 것이 한 요인으로 꼽히고 있다. 최근 전기차 제조사들 역시 화재 예방을 위해 다양한 연구를 진행하고 있다. 일부 저가 차종에는 출력이 낮고 충전 속도가 느리지만 화재 위험이 적은 리튬인산철(LFP) 배터리를 적용하기도 하지만 고객들에게 좋지 않은 평가를 받는 요인이 되기도 한다.
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