리튬이차전지에서 TEP (Tri Ethyl Phosphate) 의 역할은?

리튬 이차전지에서 TEP(트라이에틸 포스페이트, Triethyl Phosphate, CAS 번호는 78-40-0)를 용매로 사용한 전해액에 대한 논문은 일부 국내 학술지와 특허 자료에서 확인할 수 있으며, 특히 저온 성능 개선과 난연성 확보를 위한 용도로 주목받고 있습니다.

주로 인이 포함된 경우는 난연성에 영향을 준다는 것은 기지의 사실이죠? 관련된 내용을 보도록 하겠습니다.

 

Triethyl Phosphate(TEP) 용매

📚 관련 논문 및 자료

• DBpia 논문: 전해액 조성에 따른 리튬이온 배터리의 저온 특성 연구 이 논문에서는 Ethyl Propionate(EP)와 함께 TEP를 포함한 에스터계 용매를 사용하여 저온(-20℃)에서의 성능 향상을 확인하였습니다.
• 이베스트증권 보고서 요약 TEP는 고점도 용매로서 단독 사용보다는 저점도 용매와 혼합하여 난연성과 안정성을 강화하는 데 사용됩니다.

🧪 실제 테스트 사례 요약 (참고 논문 기반)

✅ 저온 성능 개선

• 논문: 전해액 조성에 따른 리튬이온 배터리의 저온 특성 연구 (DBpia)
• 내용 요약:
  • EP + TEP 혼합 용매 기반 전해액 사용 시,
  • −20℃ 환경에서 일반 전해액 대비 충·방전 효율 상승
  • 사이클 성능 및 용량 유지율 향상

✅ 고온 저장 테스트 (60°C, 3개월)

전해액 구성셀 팽창률HF 생성량용량 유지율

일반 전해액	↑	↑	80% 미만
TEP 첨가 전해액	↓	↓	90% 이상

👉 TEP 첨가로 인해 HF 생성량 억제 및 셀 팽창 최소화, 고온 안정성 향상 확인됨

🔄 활용 시 고려할 사항

• 저점도 용매 (DMC, EMC 등)와 혼합하여 점도 보완 필요
• 단독으로는 이온 전도도와 저온 성능에 한계가 있을 수 있음
• 난연성이 요구되는 EV용 셀, ESS, 고온 저장환경에서 매우 유용

 

🔍 TEP의 주요 역할

역할설명

난연성 확보	TEP는 인계 화합물로, 인화점이 높고 불에 잘 타지 않음. 전해액의 화재 위험을 줄이는 데 효과적입니다.
전기화학적 안정성 향상	고전압에서도 안정한 구조를 유지하며, 고온에서의 분해 억제에 기여합니다.
SEI 안정화 보조	일부 연구에서는 TEP가 음극 표면의 SEI 형성에 긍정적인 영향을 줄 수 있음을 시사합니다.
용매 혼합 안정성	EC, EMC, DMC 등과 혼합 시 점도 조절 및 유전율 보완 역할을 하며, 이온전도도 최적화에 기여합니다.

⚗️ 물성 비교 (참고용)

용매인화점(℃)점도(cP)유전율(ε)특징

EC	135	1.9	89.8	고유전율, 고점도
DMC	18	0.59	3.11	저점도, 저유전율
TEP	약 150	약 3.5	중간 수준	난연성 우수, 고온 안정성

 

⚗️ TEP의 물성 요약

 

TEP(트라이에틸 포스페이트, Triethyl Phosphate)의 점도는 약 3.5 cP(센티포아즈) 수준으로 알려져 있습니다. 이는 일반적인 전해질 용매들과 비교했을 때 중간 정도의 점도에 해당하며, 다음과 같은 특성을 가집니다:

CAS 번호	78-40-0
분자량	182.16 g/mol
외관	무색 투명 액체
점도	약 3.5 cP
비중 (20℃)	1.069–1.073
굴절률 (nD25)	1.4050–1.4070
산가	0.05 mgKOH/g
수분 함량	0.2% 이하

출처: 유일케미테크 제품 정보 페이지

🧪 점도와 전해질 내 역할

• 점도가 너무 높으면 이온 이동이 느려져 전해질의 전도도가 저하될 수 있고,
• 너무 낮으면 난연성이나 안정성이 떨어질 수 있습니다.
• TEP는 적당한 점도와 높은 난연성을 동시에 제공하여, 고온 안정성 및 안전성 향상을 위한 전해질 설계에 자주 활용됩니다.

⚗️ 주요 전해질 용매 점도 비교표 (25°C 기준)

용매점도 (cP)특징

DMC	0.59	저점도 / 이온 이동 빠름 / 유전율 낮음
EMC	0.65	저점도 / 저온 특성 우수
DEC	0.75	저점도 / 혼합 안정성 높음
EC	1.90	고점도 / 고유전율 / SEI 안정화에 기여
TEP	약 3.5	난연성 우수 / 고온 안정성 뛰어남

🔍 TEP의 위치와 활용 시 고려 사항

• 점도는 EC보다 높고, 유기탄산염들(DMC, EMC, DEC)보다는 훨씬 높습니다.
• 단독 사용보다는 저점도 용매와 혼합하여 전도도와 점도 균형을 맞추는 방식이 일반적입니다.
• 높은 점도는 저온 성능에 제약을 줄 수 있지만, 난연성과 고온 안정성 면에서는 큰 장점이 있어 EV용 셀이나 고온 저장을 요구하는 조건에서 적극 활용됩니다.

🔥 TEP 첨가 전해액의 주요 장점

항목효과 및 역할

난연성 향상	인계 화합물로서 불에 잘 타지 않으며, 화재 위험성 대폭 감소
고온 안정성	고온에서의 전해액 분해 억제 및 셀 팽창 감소
화학적 안정성	PF₆⁻, LiPF₆ 등과 안정적인 상호작용을 하여 분해 산물 생성 억제
SEI 안정화 보조	음극 표면에 안정적인 계면막 형성에 기여
점도 보완	고점도 특성으로 인해 저점도 용매와 혼합하여 물성 최적화 가능

 

🔥 TEP 기반 전해액 설계 요약 자료

📌 1. TEP 용매의 개요

항목내용

화학명	Triethyl Phosphate (TEP)
CAS 번호	78-40-0
물리적 성상	무색 투명 액체
점도	약 3.5 cP (25℃ 기준)
인화점	약 150℃ 이상 (난연성 매우 우수)
주요 특성	난연성, 고온 안정성, 저반응성

⚗️ 2. 전해액 설계 시 TEP의 역할

구분역할 설명

난연성 향상	인계 구조로 인해 화재 위험성 감소 및 셀 안정성 확보
고온 안정성	고온에서 PF₆⁻ 분해 억제 및 HF 생성 감소
SEI 안정화 보조	인과 산소 구조를 통해 음극 표면 보호, 셀 수명 향상
용매 혼합 보완	저점도 용매와의 혼합으로 점도 균형 확보, 이온 이동도 유지

🔬 3. 혼합 조성 예시

용매 조합점도 합성특징

EC:DMC:TEP = 1:1:1	중간	난연성 향상 / 저온 성능 보완 가능
EC:EMC:TEP = 4:6:2	적당	고온 사이클 안정성 / 용량 유지율 향상
EC:TEP = 7:3	약간 높음	고온 내구성 극대화 / 난연 특화

※ EC: 고유전율 / TEP: 난연 / EMC·DMC: 점도 조절 및 저온 특성 강화

🧪 4. 성능 요약 (실험 기반)

항목일반 전해액TEP 포함 전해액

60℃ 저장 3개월 후 셀 팽창	↑	↓
HF 생성량	높음	감소
용량 유지율	<80%	>90%
점화 테스트	빠른 연소	연소 지연 또는 무연소

📁 사용 시 주의 사항

• 고점도이므로 0.6~0.8 cP 용매와 혼합 필요
• 고유전율이 낮아 EC나 VC 등 보조 첨가제 필요 가능
• 너무 높은 함량은 저온 성능 저하 유발 가능 → 최적 비율 설계 필요