연구소
만드는 시간보다 재는 시간이 깁니다. 대전 중앙연구소의 분석 인프라를 소개합니다.
대전 중앙연구소
2021년 대전 유성구 연구단지로 신축 이전했습니다. 연면적 42,600㎡, 지상 8층 규모이며 1,120명이 근무합니다.
건물의 절반이 분석동입니다. 배터리 연구는 만드는 시간보다 재는 시간이 훨씬 깁니다. 셀 하나의 수명을 확인하려면 1,000회 충방전에 최소 4개월이 걸리고, 그동안 셀 내부에서 무슨 일이 일어났는지는 셀을 해체해 분석해야만 알 수 있습니다.
| 위치 | 대전광역시 유성구 한빛연구단지로 000 |
|---|---|
| 준공 | 2021년 9월 |
| 연면적 | 42,600 ㎡ (지상 8층 · 지하 2층) |
| 인원 | 1,120명 (박사 312명 · 석사 486명) |
| 충방전 채널 | 8,400 채널 (항온 챔버 240대) |
| 분석 장비 | 34종 · 총 118대 |
| 드라이룸 | 노점 -60℃ 급 · 480 ㎡ |
분석 인프라
| 구분 | 장비 | 용도 |
|---|---|---|
| 구조 분석 | XRD (분말·In-situ) | 양극재 결정 구조, 충방전 중 격자 변화 관찰 |
| 표면 분석 | XPS · TOF-SIMS | SEI 피막 조성, 표면 코팅 두께 확인 |
| 형상 관찰 | FE-SEM · Cryo-TEM · FIB | 전극 단면, 리튬 석출, 입자 균열 관찰 |
| 원소 분석 | ICP-OES · ICP-MS · GD-MS | 조성비, 미량 금속 이물 정량 |
| 열 분석 | DSC · TGA · ARC | 열분해 개시 온도, 열폭주 개시·발열량 측정 |
| 가스 분석 | GC-MS · 셀 내부 가스 포집 | 고온 저장·사이클 후 발생 가스 종류 확인 |
| 전기화학 | 임피던스 · GITT · 3전극셀 | 내부 저항 성분 분리, 확산 계수 측정 |
| 기계 물성 | 만능시험기 · 나노 인덴터 | 전극 접착력, 분리막 인장·천공 강도 |
고장 분석 절차
셀 해체 분석
충방전을 마친 셀을 드라이룸에서 해체합니다. 전해액이 공기 중 수분과 반응하면 분석 결과가 왜곡되므로 노점 -60℃ 환경에서만 진행합니다.
전극 관찰
FE-SEM으로 전극 표면과 단면을 관찰합니다. 리튬 석출은 음극 표면의 이끼 형태 구조로 나타나며, Cryo-TEM으로 결정성을 확인합니다.
SEI 조성 분석
XPS로 음극 표면 피막의 조성을 분석합니다. LiF 비율이 높으면 안정적인 피막이 형성된 것으로 판단합니다.
가스 정량
셀 내부에 찬 가스를 포집해 GC-MS로 성분을 분석합니다. CO₂가 많으면 용매 분해, C₂H₄가 많으면 EC 환원 반응이 원인입니다.
원인 보고
분석 결과를 종합해 원인을 특정하고 소재 또는 공정 개선안을 제시합니다. 평균 소요 기간은 4주입니다.
고장 분석이 본업입니다
중앙연구소가 가장 많은 시간을 쓰는 일은 고장 분석입니다. 고객 현장에서 이상이 보고되면 해당 셀을 회수해 해체하고, 전극과 분리막과 전해액을 각각 분석해 무엇이 먼저 무너졌는지 찾습니다.
2025년 수행한 고장 분석은 총 214건이었습니다. 원인별로 보면 리튬 석출 61건, 전해액 고갈 38건, 이물에 의한 국부 단락 29건, 전극 접착 불량 24건, 외부 요인(과충전·기계적 손상) 44건, 원인 미상 18건이었습니다.
이 분석 결과는 셀 설계와 소재 사양에 바로 반영됩니다. 2025년 리튬 석출 사례가 많았던 저온 급속충전 조건을 근거로 BMS 급속충전 진입 온도 기준을 10℃에서 15℃로 상향했고, 이후 관련 보고가 74% 줄었습니다.
