리튬이온 배터리의 진실

2016년 갤럭시 노트7 폭발 사건, 아이폰의 겨울철 꺼짐 증상 등 휴대폰의 거듭된 발전의 이면에는 항상 리튬이온 배터리의 안정성에 관한 논란이 제기되곤 하였다. 그래서 이번 시간에는 리튬이온 배터리에 대한 오해와 진실을 풀어보려고 한다.

리튬이온 배터리는 온도의 영향을 받는다?  yes!

이차 전지는 외부 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장하는 전지로 재사용이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 그 중에서도 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높은 리튬을 활용한 배터리로 가벼운 무게와 빠른 충전 속도를 자랑한다. 하지만 지금까지 논란이 된 것처럼 리튬이온 배터리의 치명적인 단점은 안정성에 있다. 그중 하나가 바로 온도에 따른 영향이 크다는 것인데, 온도가 낮은 환경에서는 배터리 속의 리튬 이온을 포함한 양이온과 음이온의 속도가 줄면서 전지의 내부 저항이 증가하게 되어 성능이 떨어지게 된다. 이러한 현상은 온도가 낮아질수록 점점 심해져 실제로 영하 10도에서 배터리의 충전율은 30% 가까이 감소하고, 영하 30도 정도가 되면 거의 작동을 하지 않는다고 한다. 아이폰의 겨울철 꺼짐 현상의 주요 원인도 여기서 찾을 수 있으며 따라서 겨울철에는 추운 날씨에 휴대폰이 노출되지 않도록 가방이나 주머니에 잘 넣고 다녀야 방전을 막을 수 있다. 하지만! 저온으로 인해 방전된 배터리도 내부에 잠재적으로 사용할 수 있는 형태로 남아있기 때문에 온도를 높이면 다시 사용할 수 있고, 배터리 총 용량이 줄어들 것이라는 걱정은 하지 않아도 된다.

▲ 참고 자료_https://blog.lgchem.com/2016/11/24_2_winter-battery-editor/

리튬이온 배터리는 완전 방전될 때까지 쓰고 충전해야 수명을 늘릴 수 있다?   no!

오히려 반대가 맞는 이야기이다. 리튬이온 배터리가 널리 쓰이기 전에 휴대폰에 사용했던 배터리인 ‘니카드배터리(NiCad Battery : Nickel-Cadmium Battery)’의 경우 완전히 방전시키지 않고 충전을 하면, 최대 용량에서 남아 있는 용량을 뺀 소모된 용량을 충전 가능한 용량으로 인식하는 ‘메모리 현상(memory effect)’이 일어났기 때문에 수시로 완전 충전-완전 방전 과정을 시행해 주어야 했다. 하지만 리튬이온 배터리의 경우에는 메모리 현상이 거의 없어 이러한 과정을 거칠 필요가 없으며 방전 상태가 지속되면 배터리 내부의 셀을 부식시켜 돌이킬 수 없는 타격을 입히기 때문에 오히려 배터리의 수명을 줄이는 악영향을 끼친다. 따라서 리튬이온 배터리를 오랫동안 사용하려면 배터리를 수시로 충전하여 잔량을 50% 이상으로 유지하는 것이 가장 이상적이다. 충전기를 계속 꽂아두는 것도 한 가지 방법인데, 최신 휴대폰들은 충전을 마치면 스스로 전력 공급을 중단하는 과충전 방지 회로가 존재하므로 오작동을 일으키지 않는 이상 과충전을 걱정하지 않아도 된다. 또한 잔량이 100%를 가리키고 있어도 충전율은 측정된 전압에 기반한 수치이므로 배터리의 표면은 완충 상태로 볼 수 있지만 내부까지 완충 상태라고 확신할 수는 없으므로 내부까지 모두 충전될 수 있도록 충전기를 계속 꽂아두는 것이 좋다.

비행기 모드에서는 충전이 빨라진다?   yes!

휴대폰 배터리의 주 사용처는 통신과 디스플레이다. 따라서 일반적인 경우에 휴대폰을 충전기에 꽂은 상태로 사용하게 되면 충전기를 통해 들어오는 전력이 오로지 배터리의 충전을 위해서만 사용되는 것이 아니라, 휴대폰의 통신과 각종 기능의 작동 등에 분산되어 사용하게 된다. 이 때, 비행기 모드를 실행시켜 통신 기능을 포함한 휴대폰의 일부 기능들을 사용하지 못하게 막으면, 해당 기능에 소모되었던 전력이 충전하는 데 쓰일 수 있기 때문에 보다 빠른 충전 환경을 제공할 수 있게 된다. 비행기 모드를 사용하는 것 이외에도 최신 휴대폰들에는 ‘절전 모드’나 ‘초절전 모드’ 등 소모되는 배터리의 양을 최소화 시켜주는 기능들이 존재하기 때문에 이를 이용하는 것도 한 가지 방법이 될 수 있으며, 굳이 휴대폰을 사용하지 않아도 되는 경우에는 휴대폰의 전원을 끄고 충전을 하면 모든 전력이 충전에 집중되므로 가장 빠른 속도로 충전을 진행할 수 있게 된다.

▲ 참고 자료_https://www.keri.re.kr/images/kr/sub03/guide.pdf

알리미 23기 이진현 | 신소재공학과 17학번