무선 시대의 필수품 리튬이온 배터리! 더 안전하고 오래 사용하는 방법 – LG그룹 공식 블로그
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무선 시대의 필수품 리튬이온 배터리! 더 안전하고 오래 사용하는 방법

작성일2016-05-26 오전 10:00

아침에 스마트폰 알람 소리에 일어난 L씨. 출근준비를 마치고 회사를 가기 위해 하이브리드 자동차에 탑승합니다. 회사에 도착한 L씨는 노트북과 태블릿을 이용해 업무를 진행합니다. 퇴근길에 L씨는 블루투스 헤드셋으로 노래를 듣고, 주말에는 무선청소기로 청소를 하거나 가족들과 산책하는 모습을 카메라나 드론으로 남기곤 합니다.

L씨의 일상처럼 어느새 우리는 배터리와 뗄래야 뗄 수 없는 세상에 살고 있습니다. 점점 더 많은 기기들이 유선에서 무선 형태로 바뀌고 있고, 다른 에너지원을 사용하던 기기들이 리튬이온 배터리를 에너지원으로 사용하여 세상을 더 편리하게 만들고 있습니다. 이렇게 우리는 매일 리튬이온 배터리를 만납니다.

리튬이온 배터리, 왜 사용할까?

배터리(전지)는 전극에서 산화환원 반응을 통해 화학에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 화학에너지로 변환시키는 에너지 저장 장치입니다. 우리가 흔히 알고 있는 배터리 종류에는  리튬이온(Li-ion) 배터리와 니켈수소(Ni-MH) 배터리가 있습니다.

배터리는 충전 또는 방전할 때 이온이 이동을 합니다. 방전시에는 (–)전극→ (+)전극으로, 충전시에는 (+)전극→ (-)전극으로 말이죠. 이때 사용하는 이온의 종류에 따라 배터리의 종류가 달라지는데요. 리튬이온 배터리는 Li+ 이온을, 니켈수소 배터리는 H+ 이온을 사용합니다. 그런데 요즘은 니켈수소 배터리로 사용했던 제품들이 점점 리튬이온 배터리로 바뀌어 가는 추세입니다. 이유는 무엇일까요?

리튬이온 배터리가 들어간 대표적 제품들

리튬이온 배터리가 들어간 대표적 제품들

그 이유는 바로 배터리를 사용하는 기기와 관계가 있습니다. 음성 및 화상신호를 전달하는 전자기기는 잡음을 작게 하고 좋은 음질을 구현하기 위해서 최소한 3.0V 이상의 높은 전압이 요구됩니다. 휴대폰과 같이 음성과 화상을 전달하는 정보 전자기기들이 3.0V 이상의 전압을 필요로 함을 감안할 때, 3.7V 대의 높은 전압을 보이는 리튬이온 배터리가 1.5V 전압을 제공하는 니켈수소 배터리보다 고용량 데이터 전송이 필수인 단말기용 전원으로서 가장 적합합니다. 또한 에너지밀도, 수명 특성, 출력 특성 등에서도 리튬이온 배터리가 니켈수소 배터리보다 우수하여 우리가 대부분 사용하는 기기와 새롭게 출시되는 기기에는 대부분 리튬이온 배터리가 적용되고 있습니다.

리튬이온 배터리

안전하고 오래 사용하는 방법

 리튬이온 배터리도 계절을 탄다?

그런데 리튬이온 배터리가 들어간 대표적 제품인 스마트폰을 추운 겨울에 이용할 때 평소와 똑같이 충전을 했더라도 배터리가 빨리 소모된다는 느낌을 받으신 적 있나요? 특히 스키장에서 신나게 놀다가 스마트폰을 확인하면 배터리가 방전된 경우가 많은데요. 이러한 원인은 온도가 낮아지면 전지 내부의 화학 반응이 천천히 일어나고, 방전 시 리튬이온의 이동속도가 느려지기 때문입니다.

리튬이온 배터리 구조(이미지 출처: LG화학 홈페이지)

리튬이온 배터리 구조

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방전을 할 때 리튬이온은 –극에서 +극으로 전해액 안에서 이동을 하는데 겨울처럼 온도가 낮아질 때에는 전해액의 점도가 높아져 내부저항이 증가하여 리튬이온이 이동하는데 어렵게 되고, 전압이 낮아져 충분히 방전하지 못하는 원인이 됩니다. 이러한 이유로 겨울철에는 배터리가 빨리 소모됩니다. 반면에 여름처럼 온도가 높을 때에는 배터리 내의 내부저항이 감소하고 방전전압 영역이 증가하여 용량의 증가를 가져오게 됩니다. 그래서 저온일 때에 비해 출력 특성이 좋고, 충전 속도가 빠른 것입니다.

카메라 동호회 회원들은 겨울철 배터리의 성능을 유지하기 위해 배터리에 핫팩을 붙여서 사용한다고 합니다. 또한 미국의 대표적 전기차 브랜드인 테슬라에서도 저온일 때 전지의 성능이 떨어져 자동차의 출력특성이 낮아지는 것을 보완하기 위해 자동차의 배터리 온도를 높여 출력을 평상시처럼 유지하는 기능이 있다고 합니다. 그렇다면 리튬이온 배터리를 이용하는 환경의 온도가 무조건 높다고 좋은 것일까요?

예상하셨겠지만, 답은 아닙니다. 온도가 너무 높으면 배터리 내부에서 화학적 활동도가 증가하여 자가방전을 포함하여, 원하지 않은 종류의 부가적인 화학반응을 일으켜 배터리에 피해를 줄 수 있습니다. 그래서 더운 여름철에 직사광선 및 자동차 내부에 배터리를 보관하지 말라는 말이 나온 것입니다. 그래서 추운 겨울에 배터리 온도를 높이겠다고 배터리를 불에 직접 적으로 가열을 하면 발화의 원인이 될 수 있습니다.

배터리 수명을 오랫동안 유지하려면? 자주, 주기적으로 충전하세요

흔히 우리가 예전부터 들었던 배터리 상식 중 ‘배터리는 완전히 방전한 다음 완전 충전하는 것이 좋다?’란 얘기가 있었습니다. 이는 니카드(Ni-Cd) 배터리를 썼을 당시에는 맞는 말입니다. 이 배터리는 방전이 충분하지 않은 상태에서 다시 충전하면 충전된 만큼만 소비하는 메모리 효과를 가지고 있어서, 완전히 0%로 방전한 후 사용하지 않으면 배터리의 실제 용량이 줄어들어, 배터리를 효과적으로 쓰기 위해서 0%까지 방전한 후 사용하였습니다.

하지만 현재 우리가 사용하는 리튬이온 배터리는 메모리 효과가 없어 니카드 배터리처럼 완전히 방전과 충전을 반복할 필요가 없습니다. 오히려 니카드 전지처럼 완전 방전-완전 충전 방식을 반복한다면 오히려 전지의 수명이 짧아집니다.

일반적으로 방전 수명은 방전 깊이에 의해 영향을 받는데요. 얕은 방전 상태에서 충전을 반복하는 것이 완전 방전 후에 충전하는 것보다 더 긴 수명을 유지합니다. 몇 번 완전 방전했다고 배터리 수명이 확 닳지는 않으나, 배터리를 오래 쓰고 싶다면 충전할 때만큼은 ‘배터리 잔량이 40%나 남았네보다 40%밖에 안 남았네’란 생각으로 자주 충전해 주세요.

손쉽게 충전 가능한 외장 배터리를 활용해보세요!

손쉽게 충전 가능한 외장 배터리를 활용해보세요!

그리고 한가지 더! 집안에 사용하지 않는 기기의 배터리들도 일정 주기마다 충전을 한 번씩 해줘서 보관을 하는 것이 좋습니다. 배터리는 미세하게나마 자가방전을 하는데, 충전 상태가 0%인 상태에서 오랫동안 방치해 놓을 경우 배터리의 과방전이 일어나, 나중에 배터리가 작동도 안 하고 충전도 안 되는 경우가 발생할 수 있으니, 지금 당장은 사용하지 않더라도 주기적으로 배터리를 충전하는 것이 좋습니다.

배터리를 안전하게 사용하기 위한 상식

가끔 뉴스에서 가방 안, 주머니 안에 있던 배터리에 불이났다는 얘기를 들으셨을 것입니다. 최근에는 국토교통부에서 2016년 4월 1일부로 항공 위험물에 대한 안전 관리를 강화할 계획으로 여객기 화물칸을 통한 리튬 배터리 운송을 금지하였고, 휴대시 최대 5개까지는 기내 허용한다고 합니다.

리튬 배터리 탑승 기준

리튬배터리 용량 규격
-장비에 부착한 160Wh 이하 부치는 짐 허용/휴대 허용
-장비에 부착한 160Wh 초과 부치는 짐 금지/휴대 금지
보조배터리(100Wh 이하) 부치는 짐 금지/휴대 허용
보조 배터리(100Wh 초과 ~ 160Wh 이하) 1인당 2개 이내 부치는 짐 금지/휴대 허용
보조 배터리(160Wh 초과) 부치는 짐 금지/휴대 금지

왜 이런 조치가 나왔을까요? 배터리로 인한 화재가 종종 있었기 때문입니다. 배터리는 에너지를 저장하는 장치로, 잘못 취급하면 위험할 수 있는 물건인데 우리는 매일 만지고 사용하여 친숙하다 보니 그 위험성을 간과해서 이런 사건 사고들이 난 게 아닐까 싶습니다.

배터리는 이유 없이 갑자기 발화하지 않습니다. 일반적으로 배터리가 발화할 수 있는 원인은 크게 두 가지입니다. 첫 번째는 배터리가 외부의 강한 충격으로 내부에 치명적인 손상이 생겨 전지 내부의 쇼트로 발화하는 경우입니다. 그리고 두 번째는 외부에서 전류를 흐르게 하는 쇠붙이에 의해 양극과 음극이 서로 닿아 쇼트가 일어나 발화하는 경우입니다. 2가지 모두 외부 요인이 원인입니다.

실제 가방 속 배터리가 화재를 일으킨 원인을 보면 열쇠 같은 날카로운 물건에 의해 배터리가 손상되어 불이 나거나, 금속선이나 동전 같은 금속 물체 때문에 양극과 음극이 연결되어 가방 안에서 높은 전류가 흘러 주변의 탈 것에 불이 붙거나 배터리 온도가 상승하여 불이 난 경우가 많았습니다. 이런 경우는 케이스를 사용하여 배터리를 외부의 충격과, 양극과 음극의 단자를 보호해  배터리 사고를 방지할 수 있습니다. 외출할 때는 귀찮더라도 배터리를 꼭 케이스 안에 담아 휴대해 주세요!

스마트폰 구매 시 안전을 위해 배터리 충전기와 케이스를 함께 제공하고 있습니다.

스마트폰 구매 시 안전을 위해 배터리 충전기와 케이스를 함께 제공하고 있습니다.

지금까지 우리 생활 속에서 많이 사용되는 리튬이온 배터리에 대해 알려드렸습니다. 리튬이온 배터리는 몇 가지 주의사항만 잘 지킨다면 오랫동안 효율적으로 사용할 수 있는 고마운 존재입니다. 오늘부터 제가 알려드린 방법으로 생활 속에서 더 안전하게, 더 오래 배터리를 사용해 보세요! :)

강익수 프로필

LG화학 기술연구원에서 리튬이온배터리를 개발하고 있습니다. 익숙한 곳보다는 새로운 곳을 좋아하며, 머릿속으로 상상했던 일들을 직접 해보는 것을 좋아합니다. 앞으로 즐거운 이야기를 많이 들려 드리도록 하겠습니다.