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갤럭시 노트 7 배터리 폭발 사건은 충격적인 이슈였었는데요. 위험 천만한 것으로 보이는 리튬이온배터리는 왜 여전히 여러 휴대용기기에서 아직까지 사용되고 있는 걸까요? 더군다나 배터리의 수명을 늘리려면 완전 방전 후 충전해야 하는지, 틈틈이 충전해야 하는지도 헷갈리는데요. 백만돌이 에너자이저부터 니켈 카드뮴, 리튬이온배터리와 삼성SDI와 LG에너지솔루션이 펼치는 음극재 전쟁까지 1차전지는 할 수 없는 2차전지의 대표주자 리튬이온전지에 대해 한방에 알아보시죠!
#리튬이온배터리 #2차전지 #음극재
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Edited by 이지호
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리튬이온 및 리튬폴리머 배터리의 폭발과 화재 위험성에 관한 연구
리튬폴리머 전지는 리튬이온전지에 비해. 상대적으로 폭발 위험성이 적은 편이지만 리튬이온전. 지와 마찬가지로 과 충전, 과 방전, 과전류, 쇼트 시. 리튬폴리머 배터리를 …
Source: www.koreascience.or.kr
Date Published: 10/9/2022
View: 1535
리튬이온배터리 폭발 및 발화 매커니즘에 관한 연구
하지만 리튬이온배터리가 우리의 삶을 점점 편리하게 바꾸는 동안 도로를 달리던 전기자. 동차 배터리에서 화재가 발생하고, 전동킥보드 배터리팩이 폭발하는 화재가 …
Source: fire.gwd.go.kr
Date Published: 11/9/2022
View: 4440
리튬 이온 배터리가 폭발하는 원인
리튬 이온 배터리가 폭발하는 원인 · 1 : 더 큰 세포 내부 분극! · 2 : 극판은 물을 흡수하고 전해질과 반응합니다. · 3 : 전해질 자체의 품질 및 성능 문제.
Source: ko.torphanbattery.com
Date Published: 1/25/2021
View: 7036
반복되는 리튬이차전지 폭발사고, 예방책은? – 에너지신문
먼저 비보호용 리튬이온전지(3.7V, 2000mAh) 1개에 2배의 전압(7.4V)으로 과충전한 결과(실험1) 내부 압력 상승에 의해 분출된 가스가 착화하면서 화재가 …
Source: www.energy-news.co.kr
Date Published: 5/17/2022
View: 6126
리튬이온 배터리의 장점과 무서운 단점 – 파워존
충전 중 폭발의 원인 역시 리튬이온 축전지로 인한 것이었습니다. 그나마 작은 크기의 스마트폰 배터리의 폭발로 위 사진과 같은 대형 화재는 일어나지 않았지만,. 사용 …
Source: powerzone.co.kr
Date Published: 8/8/2022
View: 3061
리튬이온 배터리는 왜 폭발할까 – 테크홀릭
사실 리튬이온 배터리에 사용되는 재료는 항상 폭발 위험 상태라고 할 수 있다. 이론적 상한치 90%에 달하는 것으로 알려져 있는 현재 리튬이온 배터리는 …
Source: techholic.co.kr
Date Published: 9/27/2021
View: 6973
리튬 이온 배터리의 가스 발생 특성에 대한 연구
리튬이온배터리 화재 및 폭발의 주요 원인 중 하나는 배터리에서 발생하는 가연성 가스이며, ESS와 같이 배터리 다. 수가 밀집된 경우 열폭주 및 화재 전이로 인한 …
Source: kifsejournal.or.kr
Date Published: 2/19/2022
View: 7426
[논문]고온 및 단락전류에 따른 리튬배터리의 폭발 및 화재 …
이에 대표적인 리튬배터리 종류인 리튬폴리머배터리 및 리튬이온배터리를 실험시료로 선정하였다. 고온에 따른 폭발위험성 측정결과 리튬폴리머배터리의 경우 평균 170∘C …
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 11/28/2021
View: 4932
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주제에 대한 기사 평가 리튬 이온 배터리 폭발
- Author: 안될공학 – IT 테크 신기술
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- Date Published: 2022. 6. 11.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=no1jvntNvKY
리튬 이온 배터리가 폭발하는 원인
리튬 이온 배터리 특성
리튬은 화학주기 표에서 가장 작고 가장 활기찬 금속입니다. 부피가 작고 부피 밀도가 높기 때문에 소비자와 엔지니어에게 널리 인기가 있습니다. 그러나 화학적 특성이 너무 생생하여 매우 높은 위험을 초래합니다. 산소와 함께 공기에 노출 될 때 리튬 금속은 강렬한 산화와 폭발을 일으 킵니다. 안전성과 전압을 향상시키기 위해 과학자들은 리튬 원자를 저장하기 위해 흑연 및 리튬 코발 테이트와 같은 재료를 발명했습니다. 이러한 물질의 분자 구조는 리튬 원자를 저장하는 데 사용할 수있는 작은 저장 격자를 형성합니다. 이런 식으로 배터리 쉘이 파손되고 산소가 들어가더라도 산소 분자가 이러한 작은 저장 셀에 들어가기에는 산소가 너무 커서 리튬 원자가 산소와 접촉하지 않고 폭발을 피할 수 있습니다. 리튬 이온 배터리의이 원리를 통해 사람들은 높은 용량 밀도를 확보하면서 안전 목적을 달성 할 수 있습니다.
리튬 이온 배터리가 충전되면 양극 리튬 원자는 전자를 잃고 리튬 이온으로 산화됩니다. 리튬 이온은 전해질을 통해 음극으로 이동하여 음극의 저장 격자로 들어가 리튬 원자로 환원 된 전자를 얻습니다. 퇴원하면 전체 절차가 뒤집어집니다. 양극과 음극 사이의 단락을 방지하기 위해 단락을 방지하기 위해 얇은 구멍이 많은 다이어프램 용지. 좋은 다이어프램 종이는 또한 배터리 온도가 너무 높을 때 미세한 구멍을 자동으로 닫을 수 있으므로 리튬 이온이 위험을 방지하기 위해 무술을 낭비 할 수 없습니다.
보호 조치
리튬 배터리 셀은 3.7V 이상의 전압으로 과충전되면 부작용이 발생할 수 있습니다. 과충전 전압이 높을수록 위험이 높아집니다. 리튬 전압이 3.7V 이상이되면 양극 재의 리튬 원자 수가 음극 재의 절반 미만이되어 축전지 격자가 자주 붕괴되어 배터리 용량이 영구적으로 감소합니다. 충전이 계속되면 음극 저장 격자가 이미 리튬 원자로 채워져 있기 때문에 후속 리튬 금속이 음극 물질의 표면에 축적됩니다. 이 리튬 원자는 음극 표면에서 리튬 이온 방향으로 가지 결정화를 성장시킵니다. 이 리튬 금속 결정은 양극과 음극을 단락시키기 위해 다이어프램 종이를 통과합니다. 과충전 과정에서 전해질 및 기타 물질이 가스를 분해하여 배터리 쉘 또는 압력 밸브가 부풀어 오르고, 산소가 음극 표면에 축적 된 리튬 원자와 반응 할 수 있도록하기 때문에 단락 전에 배터리가 폭발하는 경우가 있습니다. 터지다. 따라서 리튬 배터리를 충전 할 때 배터리의 수명, 용량 및 안전성을 동시에 고려하여 전압 제한을 설정해야합니다. 3.6V의 이상적인 충전 전압 상한.
리튬 배터리 방전에 대한 낮은 전압 제한도 있어야합니다. 셀 전압이 2V 미만이면 재료의 일부가 파괴되기 시작합니다. 그리고 배터리가 자체 방전되기 때문에 배터리가 충전되지 않은 시간이 길수록 배터리 전압이 낮아집니다. 따라서 셀 볼트를 2V로 방전하지 않는 것이 가장 좋습니다. 3.0V ~ 2.8V의 리튬 배터리 방전 용량은 배터리 용량의 약 3 %에 불과합니다. 따라서 3.0V는 이상적인 방전 차단 전압입니다.
충전 및 방전 과정에서 전류 제한도 필요합니다. 전류가 너무 크면 리튬 이온이 저장 공간에 들어가기에 너무 늦어 재료 표면에 모입니다. 이 리튬 이온은 전자를 얻어 과충전과 마찬가지로 물질 표면에 리튬 원자 결정화를 생성하여 위험을 초래합니다. 배터리 쉘이 파손되면 폭발합니다.
따라서 리튬 이온 배터리의 보호에는 충전 전압 제한, 방전 전압 제한 및 전류 제한의 세 가지 측면이 포함됩니다. 일반적으로 리튬 배터리 팩에는 리튬 전지 외에 배터리 관리 시스템 (BMS)이 있으며 BMS는 주로 이러한 세 가지 보호 기능을 제공하는 장치입니다. 그러나 배터리 관리 시스템은 분명히 충분하지 않습니다. 우리는 전 세계적으로 리튬 배터리 폭발 공격이 일어나는 것을 보았습니다. 배터리 시스템의 안전을 보장하기 위해 아래에 배터리 폭발 원인에 대한보다 신중한 분석이 있습니다.
배터리 폭발 이유 :
1 : 더 큰 세포 내부 분극!
2 : 극판은 물을 흡수하고 전해질과 반응합니다.
3 : 전해질 자체의 품질 및 성능 문제.
4 : 액체 주입량이 공정 요건을 충족하지 않습니다.
5 : 조립 공정, 공기 누출 및 누출 측정 중 레이저 용접의 밀봉 성능이 떨어집니다.
6 : 먼지, 극지 먼지는 먼저 마이크로 단락으로 이어지기 쉽고 구체적인 이유는 알려져 있지 않습니다.
7 : 양극 및 음극 시트가 공정 범위보다 두껍고 쉘에 들어가기가 어렵습니다.
8 : 사출 밀봉 문제 및 강철 비드의 밀봉 성능이 좋지 않아 가스 드럼이 발생합니다.
9 : 쉘 재료는 두꺼운 쉘 벽이며 쉘 변형은 두께에 영향을 미칩니다.
분석
리튬 배터리 폭발의 이유는 다음과 같이 요약 할 수 있습니다.외부 단락, i내부 단락,과과충전. 여기서 외부는 배터리 팩의 열악한 절연 설계로 인한 단락을 포함하여 셀의 외부를 나타냅니다.
외부에서 단락이 발생하면 배터리 및 전자 장치가 회로를 차단하지 못하고 셀 내부에서 높은 열이 발생하여 일부 전해질이 증발하고 배터리 쉘이 크게 유지됩니다. 배터리의 내부 온도가 섭씨 135도까지 높으면 품질 다이어프램 용지가 미세한 구멍을 닫고 전기 화학 반응이 종료되거나 거의 종료되고 전류가 급격히 떨어지고 온도가 천천히 떨어 지므로 폭발을 피할 수 있습니다. 그러나 미세 구멍 폐쇄 속도가 너무 낮거나 전혀 닫히지 않는 다이어프램 용지는 배터리 온도를 계속 상승시키고 더 많은 전해질을 증발시키고 마침내 배터리 쉘을 깨뜨리고 심지어 배터리 온도를 높여 재료가 타거나 폭발합니다.
내부 단락은 주로 구리 호일과 알루미늄 호일의 버 또는 리튬 원자의 구부러진 결정화로 인해 발생합니다. 이 작은 바늘 모양의 금속은 마이크로 단락을 일으킬 수 있습니다. 바늘은 특정 저항으로 매우 미세하기 때문에 전류가 그리 크지 않습니다. 구리 및 알루미늄 호일 버는 생산 공정에서 발생하며 관찰 된 현상은 배터리 누출이 너무 빠르며 대부분 핵심 공장 또는 조립 공장에서 가려 낼 수 있다는 것입니다. 또한 작은 버는 작고 때로는 타서 배터리를 정상으로 되돌립니다. 따라서 Burr Micro 단락으로 인한 폭발 가능성이 높지 않습니다.
모든 리튬 이온 전지 공장은 곧 충전 된 후 낮은 전압이되는 불량 배터리를 발견 할 수 있지만 통계 데이터를 참조하면 폭발이 거의 발생하지 않습니다. 따라서 내부 단락으로 인한 폭발은 주로 과충전으로 인해 발생합니다. 과충전 된 극판은 바늘 리튬 금속 결정화로 가득 차 있기 때문에 구멍이 어디에나있어 마이크로 단락이 발생합니다. 따라서 배터리 온도가 서서히 상승하고 마지막으로 고온이 전해질 가스를 유발합니다. 이 과정에서 고온이 재료 연소 폭발을 일으키거나 껍질이 먼저 깨지면 공기가 들어가고 리튬 금속이 격렬하게 산화되어 폭발을 일으킬 것입니다.
그러나 내부 단락으로 인한 폭발은 충전시 발생하지 않았습니다. 배터리 온도가 너무 높지 않아 재료가 타지 않거나 생성 된 가스가 배터리 쉘을 파손하기에 충분하지 않기 때문에 사용자가 충전을 중지합니다. 이때 많은 마이크로 단락에서 발생하는 열로 인해 배터리 온도가 서서히 상승하고 일정 시간이 지나면 폭발이 발생했습니다.
위의 폭발 유형에 따라Torphan기술 팀은 과충전 보호, 외부 단락 방지 및 폭발 방지에 대한 셀의 안전성 향상에 중점을 둡니다. 이 중 과충전 방지 및 외부 단락 방지는 전자 보호에 속하며 이는 배터리 시스템 설계 및 배터리 팩 설치와 매우 관련이 있습니다. 셀 안전 개선의 초점은 배터리 셀 제조업체와 크게 관련이있는 화학적 및 기계적 보호입니다.
디자인 사양
Torphan 배터리 관리 시스템은 충전기와 배터리 팩을 포함하여 각각 과충전, 과방 전 및 과전류에 대한 두 가지 안전 보호 기능을 제공 할 수 있습니다. Torphan 충전기는 AC를 DC로 전환하고 DC의 최대 전류 및 최대 전압을 제한합니다. 배터리 팩 보호에는 배터리 관리 시스템과 배터리 셀의 두 부분이 포함되어 있습니다. 첫 번째 보호를 위해 배터리 관리 시스템은 충전기와 통신 할 수 있으며, 충전 신호 흐름 제한 및 중지와 같은 칭찬을 충전기에 보냅니다. 수집 된 배터리 정보에. 충전기가 신호를 수신하면 충전기가 자동으로 충전 전류를 줄이거 나 충전을 중지합니다. 충전기가 배터리 관리 시스템과 통신하지 못하면 배터리 관리 시스템은 배터리 팩 내부의 릴레이를 분리하고 두 번째 보호 인 전체 충전 회로를 차단합니다. 즉, 회로가 고장 나도 배터리가 작동하지 않습니다. 과충전되고 위험합니다.
간단히 말해, 배터리 시스템 설계 중에 전자 보호는 과충전, 과방 전 및 과전류에 대한 첫 번째 보호입니다. 배터리 관리 시스템은 두 번째 보호 장치입니다.
위의 방법은 두 가지 보호 기능을 제공하지만 때때로 소비자는 충전기가 고장 났을 때 배터리를 충전하기 위해 정품이 아닌 충전기를 구입하여 배터리 관리와 통신 할 수없는 저품질 충전기 또는 하나의 충전기를 구입할 수 있습니다. 이로 인해 첫 번째 보호가 손실됩니다. 과충전은 배터리 폭발의 가장 중요한 요소이므로 열등한 충전기는 배터리 폭발의 원인이라고 할 수 있습니다.
최종 방어선
전자 보호가 실패하면 마지막 방어선이 셀에서 제공됩니다. 셀의 안전 수준은 외부 단락 및 과충전에 의해 셀이 분리 될 수 있는지 여부에 따라 약간 다를 수 있습니다. 배터리가 폭발하기 전에 리튬 원자가 재료 표면의 내부에 축적되기 때문입니다. 더욱이 과충전 방지는 소비자가 열등한 충전기를 사용하고 방어선이 하나뿐이기 때문에 종종 외부 단락에 저항하는 능력보다 셀 과충전 저항이 더 중요합니다.
반복되는 리튬이차전지 폭발사고, 예방책은?
화보협 방재시험연구원, 화재위험성 재현실험 진행
전동킥보드 과도한 튜닝 및 승차정원 초과 지양해야
[에너지신문] 한국화재보험협회 방재시험연구원은 최근 빈번하게 발생하는 전동킥보드 등 리튬이차전지를 이용한 생활기기의 화재위험성을 알아보기 위한 화재재현실험을 21일 실시했다.전동킥보드, 전기자전거, 드론, 스마트폰 등 리튬이차전지를 이용한 생활기기는 우리 실생활에 널리 보급돼 있다. 리튬이차전지의 사용 증가에 비례해 화재나 폭발 빈도가 잦아지며 그 위험성 또한 매우 높아지고 있다.
소방청 국가화재정보시스템 통계자료에 의하면 배터리·축전기, 배터리 충전기, 전동킥보드, 전기자전거 및 드론 화재는 2019년 131건, 2020년 182건, 2021년 223건으로 해마다 증가하는 추세다.
지난 2019년 5월 충전 중이던 전동킥보드 화재로 외국인 유학생이 사망했다. 지난달에는 광주의 한 아파트에서도 충전 중이던 전동킥보드 화재폭발 사고로 베란다 유리창이 깨지고 인근 주민들이 대피하는 사건이 발생했다. 이처럼 리튬 이차전지를 이용한 생활기기에서 화재 사고가 지속해서 발생하고, 그로 인한 피해 또한 속출하고 있다.
▼최근 3년간 배터리 사용으로 발생한 화재 건수(출처: 국가화재정보시스템)
구 분 2019 2020 2021 전기설비 배터리/축전기 94 113 131 배터리충전기 25 22 32 소 계 119 135 163 생활기기 전동킥보드 10 39 39 전기자전거 2 6 11 드 론 – 2 10 소 계 12 47 60 총 계 131 182 223
방재시험연구원은 리튬이차전지의 화재위험성에 대해 널리 알리고 예방대책을 공유하기 위해 화재재현실험을 실시했다. 이번 실험은 리튬이차전지의 화재 위험요소 중 과충전, 과열, 외부충격으로 인한 화재의 3개 상황을 가정해 진행됐다.
먼저 과충전에 의한 화재재현실험에서 각각의 전지에 3.7V의 2배 전압인 7.4V로 과충전하는 경우, 즉 정상 동작 전압 이상으로 충전했을 경우를 가정했다.
먼저 비보호용 리튬이온전지(3.7V, 2000mAh) 1개에 2배의 전압(7.4V)으로 과충전한 결과(실험1) 내부 압력 상승에 의해 분출된 가스가 착화하면서 화재가 발생했다. 또 비보호용 리튬폴리머전지(3.7V, 4000mAh) 1개에 2배의 전압(7.4V)으로 과충전했을 경우(실험2) 부피가 팽창하는 스웰링 현상이 발생하고 전지로부터 분출된 가스가 착화, 화재가 발생했다.
과열에 의한 화재실험에서는 각각의 전지 표면에 필름히터를 사용, 열을 가해 발화점 온도 확인 및 열폭주 현상을 실험했다.
필름히터를 사용해 리튬이온전지(3.7V, 2600mAh) 표면에 열을 가하자 약 160℃에서 전지로부터 분출된 가스가 착화하면서 화재가 발생했다(실험3). 리튬폴리머전지(3.7V, 1만mAh)는 같은 조건에서 약 200℃에 도달했을때 화재가 발생했다(실험4).
마지막으로 외부충격에 의한 화재재현실험에서는 외부 충격으로 인해 리튬이차전지에 화재가 발생할 수 있는지 확인하기 위해, 각각의 전지 표면에 송곳을 사용해 충격을 가하는 실험을 했다.
송곳으로 리튬이온전지(3.7V, 2600mAh) 표면에 충격을 가하자마자 양극과 음극이 송곳에 의해 접촉, 전지로부터 분출된 가스가 착화하면서 화재가 발생했다(실험5). 리튬폴리머전지(3.7V, 1만mAh) 역시 같은 충격에서 화재가 발생했다(실험6).
▲ 송곳으로 충격을 주자 곧바로 불길이 치솟고 있는 리튬이온배터리.
화재보험협회 관계자는 이번 실험을 토대로 “외부 충격에 의해 리튬이차전지의 케이스(피복)가 손상됐는지를 확인하고, 가능하다면 홀더나 하드 케이스로 보호된 제품을 사용해야 한다”며 “전지의 보호회로 불량 또는 충전기나 전원 공급장치 자체 고장 등으로도 화재가 발생할 수 있으므로 충전할 때에는 장시간 자리를 비우지 말고, 충전이 완료된 후에는 전지와 충전기를 반드시 분리했야 한다”고 밝혔다.
또 과도한 튜닝 또는 전동 킥보드 승차 정원 초과 등 단시간에 전지를 과도하게 사용하는 경우 급격한 온도 상승에 따라 내부 셀이 손상돼 전지의 수명 단축 또는 화재 발생 위험이 있으므로 지나친 튜닝 및 승차정원 초과는 피해야 한다고 설명했다.
전지를 방전된 상태로 장시간 방치하는 경우 보호회로가 정상작동 되지 않아 과방전을 유발, 수명이 단축될 수 있으므로 정기적으로 충전, 보관하고 전지가 고온 환경에 노출되는 경우 내부 온도가 높아지게 되고 이로 인해 화재가 발생할 수 있어 직사광선에 노출된 차량 내부나 전기히터 전면 등 60℃ 이상의 고온이 유지되는 장소에 전지를 보관하거나 충전하는 것을 지양해야 한다는 게 협회 측의 설명이다.
문성화 방재시험연구원장은 “리튬이차전지는 전기차, ESS 등 4차 산업혁명을 대표하는 다양한 산업에 쓰이고 있다. 이에 발맞춰 협회는 ESS 배터리 화재 관련 연구·개발을 선도적으로 추진하고 있으며, 이를 토대로 리튬이차전지 화재 안전성관련 시험연구에 더욱 매진하겠다”고 말했다.
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리튬이온 배터리는 왜 폭발할까
최근 갤럭시노트7 등 스마트폰 리튬이온 배터리가 폭발하는 사고가 발생했다. 하지만 배터리가 자칫 잘못하면 어떤 큰 사고를 일으킬 수 있는지에 대해서는 잘 알려져 있지 않다.사실 리튬이온 배터리에 사용되는 재료는 항상 폭발 위험 상태라고 할 수 있다. 이론적 상한치 90%에 달하는 것으로 알려져 있는 현재 리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도, 배터리 셀 안에 갇혀 있는 상태라는 점 때문에 일단 문제가 발생하면 안에 있던 에너지가 한꺼번에 방출되어 버린다.리튬이온 배터리 내부는 양극과 음극이라는 전극 2개와 이들 전극이 접촉되지 않게 절염하기 위한 구분자, 전해질 등으로 이뤄져 있다. 리튬이온 배터리는 양극 소재에 리튬 산화물을 이용해 전력의 원천인 리튬이온을 생성하는 구조다. 리튬이온 배터리가 충전될 때에는 내부에선 리튬이온이 음극에서 양극으로 이동해 에너지가 축적된다. 그리고 배터리에서 전력을 꺼낼 때에는 양극에서 음극으로 리튬이온이 이동해 전류가 발생한다.이 때 내부에는 전자, 그러니까 이온을 이동시키기 위한 물질인 전해질이 있다. 또 전극 2개가 직접 닿아 높은 에너지를 방출해버리는 사태를 막기 위한 절연재, 세퍼레이터가 있다. 요즘 시끄러운 갤럭시노트7 배터리는 이런 절연재에 결함이 있는 것이다. 그 탓에 전극 2개가 직접 닿아버리는 탓에 단번에 전류가 발생하면서 폭발로 이어지는 것.리튬이온 배터리를 안정적으로 동작시키는 데 중요한 건 온도 관리와 과충전 방지다. 모두 안전에 직결되는 문제인 만큼 리튬이온 배터리에는 수많은 제어 관련 기술이 들어간다. 전자가 이동하는 전해질은 열에 민감한 특성이 있어 강한 전류가 흐르거나 한낮 차량처럼 고온 환경에 노출된 상태에서 전자가 이동하면 화학 반응이 일어나 가스나 열이 발생한다. 이 열이나 화학 반응이 일어나면 리튬이온 배터리는 폭주 상태가 되고 최악의 경우 폭발, 화재가 발생한다.https://www.youtube.com/watch?v=HQQOiilJwJ0스마트폰이나 카메라처럼 리튬이온 배터리를 탑재한 기기는 본체 온도가 너무 높으면 자동으로 전원을 끄는 기능이 탑재되는 것도 이런 이유다. 이런 기능은 리튬이온 배터리의 폭주를 막기 위해 내장한 보호 기능인 것이다.또 과충전은 배터리에 축적되는 용량을 초과하는 에너지를 보낼 때 발생한다. 마치 양동이에 물을 넣다가 넘쳐 버리는 것과 같다. 리튬이온 배터리는 양극으로 이동하는 리튬이온이 너무 많으면 이 같은 현상이 발생한다. 이럴 때에는 충전 속도를 느리게 한다고 해서 과충전을 방지할 수는 없다. 충전 전류를 차단하는 방법 밖에 없다.따라서 리튬이온 배터리는 항상 충전된 용량을 모니터링하는 기능을 갖추고 있다. 이를 통해 항상 제대로 된 배터리 잔량을 파악하는 것이다. 밤새 스마트폰을 충전기에 연결해도 스마트폰 리튬이온 배터리는 충분히 충전되면 자동으로 충전을 멈추는 안전장치를 내장하고 있다.배터리가 방전되는 모습은 고무줄이 늘어나거나 줄어드는 모습과도 같다. 충전은 고무줄을 손으로 길게 늘여 에너지를 모으는 것과 같고 방전은 손을 떼서 고무줄이 줄어드는 것과 같다는 것. 고무줄을 계속 이렇게 줄이거나 늘이는 과정을 반복하다 보면 언젠가는 깨질 수 있는, 그러니까 과충전에 손상되어 버릴 수 있다는 것.과충전 외에도 충전 속도를 빠르게 해주는 급속 충전 역시 리튬이온 배터리에 손상을 주는 요인이 될 수 있다. 제대로 디자인한 리튬이온 배터리라면 상황에 따라 최적의 충전을 실시하는 구조다. 하지만 너무 빨리 충전되어 버리면 배터리 재료 표면에 금이 가는 증상이 발생한다. 부자연스러운 충방전을 반복하면 소재 표면에 돌기 모양이 형성되면서 배터리 내부 회로가 쇼트되는 원인을 제공, 배터리가 폭발을 일으키는 결과를 초래할 수도 있다.더 많은 에너지, 전압을 높이는 것도 배터리에 손상을 줄 수 있다. 전압은 힘의 힘을 나타내는 것으로 전위차라고도 한다. 폭포 낙차가 클수록 힘이 강해지듯 전압이 커질수록 전류의 힘은 강해진다. 에너지가 잘 저장되어 있을 때에는 물론 문제가 없지만 일단 문제가 터지면 더 강한 힘으로 에너지를 방출하기 때문에 큰 사고로 이어질 수 있다.이런 사고를 막기 위해 재료 개선을 계속되고 있다. 높은 열을 가해도 가스가 발생하기 어려운 전해질로 이온성 액체 재료를 개발하기도 한다. 리튬이온 배터리는 어떤 면에선 높은 에너지를 담아 빠르게 방출할 수 있는 물체라는 점에서 어떤 물질로 만들어도 잠재적으론 폭탄 같은 것이라고도 할 수 있다. 배터리 기술은 지금까지 꾸준히 진화해왔지만 안전성을 높이는 노력이 계속되어야 할 이유다. 물론 불법 개조를 한 배터리를 사용하지 않는 등 사용자 역시 위험을 피할 수 있는 방법을 미리 염두에 둘 필요가 있다. 관련 내용은 이곳 에서 확인할 수 있다.
이석원 기자 [email protected]
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[논문]고온 및 단락전류에 따른 리튬배터리의 폭발 및 화재 위험성에 관한 연구
금속리튬 초기 리튬배터리에 사용된 금속리튬의 특징은? 리튬의 경우 가장 가벼운 금속원소로 화학적 반응이 상대적으로 크게 나타나며, 공기 중에 노출 시 수분과 반응하여 발열을 하게 되는 특징이 있다 이에 따라 전원장치로 사용되는 리튬배 터리의 안전성 확보는 사용자에게 있어서 가장 기본적인 안전대책이지만, 리튬배터리 관련 폭발 및 화재 사고가 발생되어 언론을 통해 지속적으로 보도되고 있다. 초기 리튬배터리는 금속리튬을 사용하였는데 리튬의 경우 가장 가벼운 금속원소로 화학적 반응이 상대적으로 크게 나타나며, 공기 중에 노출 시 수분과 반응하여 발열을 하게 되는 특징이 있다. 이로 인한 안전성을 높이기 위해 리튬 이온을 사용하는 전지를 개발하였고, 현재 사용되고 있는 대부분의 리튬배터리가 이해 해당된다.
리튬배터리 사고원인 본 논문에서 지금까지 리튬배터리 사고원인으로 인증 받지 않은 저가형 중국산 리튬 배터리 사용을 문제로 지적한 이유는? 인증 받은 제품의 경우 과충전, 과방전 등의 사고를 방지할 수있는 보호회로(protection circuit module; PCM)를 내장 하고 있기 때문에 자체 안전성을 확보하고 있기 때문인 것으로 생각된다. 최근 발생된 보조배터리 폭발사고, 전자 담배 배터리 폭발사고, 노트북 배터리 폭발사고, 스마트폰 배터리 폭발 및 화재사고, 스마트폰 배터리 부풀음 사고로 인한 무상교체 등 국내 · 외적으로 리튬배터리 위험 성에 대한 문제가 대두되고 있지만, 지금까지 리튬배터리 사고원인의 대부분은 인증 받지 않은 저가형 중국산 리튬 배터리의 사용으로 인한 문제로 지적하고 있다. 즉, 인증 받은 제품의 경우 과충전, 과방전 등의 사고를 방지할 수있는 보호회로(protection circuit module; PCM)를 내장 하고 있기 때문에 자체 안전성을 확보하고 있기 때문인 것으로 생각된다. 그러나 인증 받은 리튬배터리 제품도 사용상 부주의 및 사고 등에 의해 보호회로의 고장이 발생할 경우 과충전 및 과방전에 의한 폭발 및 화재 위험성이 나타날 수 있지만, 현재까지 리튬배터리의 위험성에 비해 다각적인 방면에서의 세부적인 연구는 미비한 편이다.
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