리튬이온전지(LIBs)는 현대 기술에 필수적이지만, 가연성 액체 전해질에 의존한다는 점은 특히 전기자동차와 대규모 에너지 저장 시스템에서 중대한 안전 문제를 야기한다. 본 논문에서는 LIBs의 안전성과 성능을 모두 향상시키기 위해 Define-Measure-Analyze-Design-Optimize-Verify (DMADOV) 방법론을 활용한 난연성 전해질의 개발을 제시한다. 본 연구는 유기 용매의 물성 및 전기화학적 안정성 간의 상관관계를 정의하는 것으로 시작하며, 열폭주를 유발할 수 있는 과충전 위험에 초점을 맞춘다. 후보 구성요소에 대한 체계적 측정과 분석을 통해 난연성 전해질의 품질에 영향을 미치는 핵심 요인이 규명된다. 설계 단계에서는 γ-부티로락톤(γ-BL)에 대해 고체전해질계면(solid electrolyte interface, SEI) 조건을 형성하는 것을 우선하여, LIBs에서의 전해질 성능과 안정성을 확보한다. 최적화 단계에서는 초기 설계에서 확인된 성능 문제를 해결하기 위해, 관련 제조 공정을 반영하여 SEI 형성 조건을 추가로 정제한다. 최종 검증 단계에서는 난연성 전해질 조성이 최적화된 SEI 조건과 일치함을 확인함으로써, 실용적 적용을 위한 가능한 전해질 범위를 확립한다. 본 연구는 γ-BL의 사용이 과충전으로 인한 폭발 위험을 현저히 감소시킨다는 것을 보여준다. 최종 검증 단계에서는 난연성 전해질 조성이 최적화된 SEI 조건과 일치함을 다시 확인하여, 실용적 적용을 위한 가능한 전해질 범위를 확립한다. 특히, 본 연구는 γ-BL과 같은 고인화점 유기 용매를 사용하는 난연성 전해질을 개발함에 있어 견고한 SEI 설계의 중요성을 강조하며, 특허 기술에 대한 검증 실험으로 이를 뒷받침한다. 이러한 진전은 LIBs의 안전성 프로파일을 향상시킬 뿐 아니라, 배터리 성능 개선 가능성을 시사하여 에너지 저장 솔루션에서의 더 넓은 적용으로 이어질 수 있음을 보여준다.

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