The rapid expansion of next-generation smart mobility systems, including drones, Urban Air Mobility (UAM), and electric vehicles (EVs), has intensified the demand for high-power-density and fast-charging technologies. Under high current-rate (C-rate) operation, however, lithium-ion batteries experience severe stress concentration and lithium plating induced by rapid intercalation and de-intercalation, resulting in irreversible capacity loss and structural instability. Since commercialization of next-generation batteries remains limited due to persistent technical hurdles such as lithium dendrite growth and the shuttle effect, optimizing the operating conditions of conventional lithium-ion batteries offers a practical, immediate solution to enhance stability and performance. In this study, the effect of external pressure on lithium-ion pouch cells under high C-rate conditions was investigated at ambient conditions. Surface temperature and thickness variation were analyzed using an IR camera and 3D Digital Image Correlation (DIC). The results demonstrate that appropriate external pressure effectively suppresses cell expansion and significantly improves cycle life under high-speed operational environments.

최근 드론, 도심항공교통 및 전기자동차를 포함한 차세대 스마트 모빌리티 산업의 급격한 확장에 따라, 배터리의 고속 충∙방전 기술과 고출력 밀도 확보는 필수 요구조건으로 대두되고 있다. 그러나 고율(High C-rate) 구동 조건에서는 급격한 리튬 이온의 삽입∙탈리로 인한 기계적 응력 집중과 리튬 전착(Lithium plating) 현상이 가속화되며, 이에 따른 비가역적 용량 감소 및 구조적 불안정성이 심화된다. 특히 리튬 수지상 성장 및 셔틀 효과와 같은 기술적 난제로 인해 차세대 전지의 상용화가 제한적인 상황에서, 기존 리튬 이온 전지의 운용 조건 최적화를 통한 안정성 확보가 현실적이고 즉각적인 대안으로 요구된다. 본 연구에서는 실제 구동 환경(Ambient condition)에서의 고속 충∙방전 조건하 외부 인가 압력이 리튬 이온 파우치 셀 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 고속 충∙방전 조건에 따른 온도 분석 및 3D 디지털 이미지 상관법을 활용한 셀의 물리적 두께 변화를 측정하였다. 이를 통해 적절한 외부 압력 인가는 고율 구동 시 발생하는 셀의 비정상적 팽창을 효과적으로 억제하고, 고속 운전 환경에서의 사이클 수명을 향상시킴을 확인하였다.

Keywords: 리튬 이온 배터리(Li-ion battery), 고속 충∙방전(High C-rate), 외부 인가 압력(External pressure), 열-기계적 거동(Thermo-mechanical behavior)