[스크랩] 리튬이온 배터리 상식 7가지

1. 리튬이온 배터리란?

 
기존에 충전이 안되는 전지를 1차전지라고 하고, 충전이 가능한 전지는 2차전지라고 부릅니다. 2차전지에는 흔히들 많이 사용되는 것이 니카드전지입니다. Ni-Cd(니카드=니켈카드뮴), Ni-Mh(니켈메탈하이드라이드)전지등은 공통적으로 니켈이 포함됩니다. 이러한 전지는 메모리 효과를 가집니다. 리튬이온 전지는 리튬산화물질로 + 극을 만들고, 탄소로 - 극을 만든다고 합니다. 휴대폰을 사용하기 시작하면 + 극의 리튬이온이 중간의 물질을 지나서 - 극의 탄소격자속으로 들어 간다고 합니다. 이때, 극판에 손실이 거의 없기 때문에 장수명 특성을 가지게 됩니다.

2. 메모리 효과란?

니켈로 만든 전지에서는 활물질로 사용된 NiOH에서 OH가 떨어졌다 붙었다 하면서 전하를 전달하는 현상이 바로 충전과 방전이라는 전기적 흐름으로 나타납니다. 여기서 shallow charge-discharge를 반복을 하면, 즉 조금 사용하고 다시 충전하고, 조금 쓰고 또 충전하고 하면 NiOH는 고용체를 형성하게 되는데 이 고용체의 형성은 비가역적인 반응이므로 한번 고용체가 생성이 되면 다시는 되돌아 가지 못하게 되어 남아있는 용량을 사용하지 못하게 됩니다. 이와같이 전지가 마치 사용할수 있는 용량의 한계를 기억하는 것과 같은 이러한 현상을 메모리효과라고 합니다. 따라서 Ni(니켈)을 포함하고 있는 전지는 만충전(100%충전)하였다가 완전히 바닥이 날때까지 사용(단, 전지가 허용하는 방전하한 상태까지만)하는 것을 반복하는 것이 가장 잘 사용하는 방법입니다. 그러나 리튬이온배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 임의대로, 주변환경에 따라 수시로 충전하여 사용하여도 거의 수명에 영향을 미치지 않습니다. 오히려 조금쓰고 충전하고 조금쓰고 또 충전하고 하면 Ni-계 전지와는 정반대로 수명이 길어지는 효과가 있습니다. 이러한 이유때문에 리튬이온전지가 Ni-계 전지보다 훨씬 비싼데도 더 수요가 늘어나고 사용자가 찾게되는 것입니다.

3. 리튬이온 전지의 모양

기본적인 모양은 원통형입니다. 이 원통 하나를 셀이라고 부르는데, 3.6 볼트 전압을 냅니다. 또 다른모양으로 각형이 있습니다. 현재 대부분 사용되는 모양이죠. 각형은 대량생산이 곤란하기 때문에 원통형이 비해서 비싸고, 무게도 무겁다고 합니다. 리튬이온전지를 보면 단자가 4개입니다. 2개는 정말 충전을 위하여 있는 단자입니다.(B+, B-) 나머지 2개는 무엇일까요? 이것은 모니터링 단자입니다. 내부에는 조그만 저항이 연결되어 있어서 휴대폰이나 충전기에서 이 배터리는 리튬인지 아닌지, 대용량인지 소용량인지를 구별해 냅니다. 특히, 똑똑한 충전기의 경우 용량을 판단해서 '2시간내에 충전하려면 얼마나 큰 전류를 흘려야 되는지 계산하여 충전합니다.

4. 충전기의 충전 방식

전지가 충전된 후 배터리를 계속 두려면 찝찝하죠. 제대로 된 충전기라면 그냥 두어도 상관없으나 잘못된 충전기라면 문제가 될 수도 있습니다. 리튬이온배터리는 특성상 충전시작때 정전류방식을 사용한다고 합니다. 따라서, 충전전류를 일정하게 계속가해주면서 단자전압을 계속 검사합니다. 단자전압이 4.2 볼트까지 상승하면 이때부터 정전압 회로를 구동하여 4.2볼트로 유지합니다. 그렇게 되면 충전전류가 점점 감소하여 '0' 이 되는 것입니다. 따라서 제대로 된 충전기라면 며칠을 그냥 꼽아 두어도 실제 만충전이후에는 충전되지 않습니다. 그러나, 문제는 4.2볼트를 정확히 측정하지 못하는 충전기인 경우 (특히 비품 충전기) 과충전 또는 부족 충전될 가능성이 있습니다. 또 일부 충전기의 경우 정확히 4.2볼트를 측정할 자신이 없는 경우 4볼트 정도에서 정전압으로 바뀌어 만충전되지 못하는 상황이 벌어지기도 합니다. 특히 과충전의 경우 리튬이온 전지 특성상 급격히 수명이 짧아진다고 합니다. (4.2볼트는1셀일때고, 2셀 즉, 1셀 2개 직렬연결인 경우 2배가 됨)

5. 리튬이온 배터리의 수명

앞서 언급한 바와 같이 리튬이온은 장수명을 가질 수 있도록 설계되어 있지만 수명은 기껏해서 수천회 충방전입니다. 그런데 이것도 무엇으로 리튬이온전지를 만들었나에 따라, 아니면 제작업체의 기술력에 따라 달라진다고 합니다. 세계에서 가장 좋다는 일본 소니의 경우 4000회의 충방전에도 원래 용량을 유지한다고 합니다. 첫번째의 경우 전지의 활물질 성분에 따라 달라집니다.

6. 리튬이온 전지 오래 쓰는 법

되도록 완충/완방을 하지 않고 조금 사용하고 충전하고 하는 것이 더 좋습니다. 그런데 보통 전지를 사용하다 보면 용량이 적어진 것을 느낄 수 있습니다. 이때 다시 완충전/방전을 하면 용량이 다시 살아나는 것을 알 수 있습니다. 이것하고 수명을 혼돈하는 것입니다. 즉, 용량과 수명은 선형적인 관계가 아니다라는 것입니다. 용량이 다시 살아나는 이유는 복잡하던데, 하여튼 이온이 흘러가는 통로에서 여러 가지 이유로 이온중 여러개가 극판까지 도달하지 못하게 되는 것이 많아지게 되는 것입니다. 이때 완충/완방전을 해주면 다시 잘 흐르게 되는 것 입니다. 이것은 용량 문제이지 수명문제가 아닙니다. 결론적으로 장수의 비결은 "조금만 사용하고 충전하며, 용량이 떨어졌다 판단되면 이때 완충/완방 한번 해주는 것" 입니다.

7. 배터리를 오래 방치하면 수명이 짧아지나?

일반적으로 많은 2차전지의 경우에 오랫동안 사용하지 않고 방치해 두면 전지의 성능이 저하되는 경우를 보게 됩니다. 여러가지 원인이 있을 수 있지만 주로 전지의 자기방전에 의해 과방전되어 전지의 성능저하와 수명단축을 가져오게 될 수도 있습니다. 자기방전율 관점에서만 본다면 리튬이온전지는 기존의 휴대기기에 가장 많이 사용되었고, 현재도 저가의 상품들에 사용되고 있는 Ni/Cd나 NiMH, 납축전지들보다는 자기방전율이 매우 낮습니다. 예를들면 NiMH는 15%/월인데 반해 리튬이온전지의 경우 (+.-)전극을 구성하는 활물질에 따라 차이가 나지만, 약 3~5%/월 로서 매우 우수한 장기방치특성을 지니고 있습니다. 장기간 사용않고 방치해야만 한다면 방전상태에서 보다는 충전상태에서 보관을 하는 것이 좋습니다. 그래야 몇달이 지나도 과방전되어 전지에 치명적인 손상을 주는 일이 일어날 확율이 낮습니다.

 

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출처 : Ecovolution

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