휴대폰 리튬 배터리가 폭발하는 이유와 감지 방법, 개선 방법

휴대폰 리튬 배터리가 폭발하는 이유와 감지 방법, 개선 방법

 

전기차, 휴대폰, 보조배터리, 로봇 등 각종 장소에서 사용되는 리튬 배터리는 우리 일상에서 중요한 역할을 하지만, 잘못 관리하면 폭발할 수 있는 위험이 있습니다. 이 글에서는 리튬 이온 전지의 과학적 원리와 리튬 배터리가 폭발하는 이유, 감지 방법, 그리고 방지 방법에 대해 설명합니다.

 

리튬 이온 배터리

 

리튬이온 전지의 과학적 원리

이온은 전기를 띤 원소입니다. 리튬이 전해질-전기를 흐르게 하는 액체-을 만나면 이온 형태로 변합니다. 이것이 리튬이온입니다.

리튬이온전지는 리튬이온이 음(-)극에서 전해질과 분리막을 지나 양(+)극으로 흐르며 전류를 만들어냅니다. 다 쓴 배터리를 충전기에 꽂으면 양극으로 넘어간 리튬이온이 다시 음극으로 넘어가 재사용할 수 있게 됩니다.

리튬이온전지 안에는 음극과 양극을 나누는 분리막이 있습니다. 음극과 양극이 분리되지 않은 채로 전류가 흐르면 과전류가 흐르면서 배터리가 폭발하게 됩니다. 특히 리튬이온전지는 열에 약하고 불이 쉽게 붙는 소재가 많이 들어 있어, 과전류가 흐르지 않도록 분리막이 음극과 양극을 잘 나누어 주어야 합니다.

 

리튬 배터리가 폭발하는 이유

리튬 배터리는 고용량의 에너지를 저장하고 있어 잘못된 사용이나 손상이 발생하면 폭발할 위험이 있습니다. 폭발의 주요 원인은 내부 단락, 과충전, 물리적 손상, 그리고 열 폭주입니다.

 

내부 단락

내부 단락은 배터리 내부의 양극과 음극이 직접적으로 접촉할 때 발생합니다. 이는 제조 결함, 외부 충격 또는 배터리 팽창으로 인해 발생할 수 있습니다. 내부 단락이 발생하면 배터리 내부에서 빠르게 열이 발생하고, 이는 열 폭주(thermal runaway)로 이어질 수 있습니다. 리튬이온 배터리는 내부 분리막이 파손되면 가스생성 및 ‘열 폭주’ 현상이 발생하고, 인접 셀이 연쇄 반응을 일으킵니다.

 

과충전

리튬 배터리는 과충전에 매우 민감합니다. 과충전 시 배터리 내부의 전해질이 분해되며 가스를 발생시켜 압력을 증가시키고, 폭발로 이어질 수 있습니다. 대부분의 배터리는 과충전을 방지하기 위해 보호 회로를 가지고 있지만, 이 회로가 고장나면 문제가 발생할 수 있습니다.

 

물리적 손상과 열 폭주

배터리가 물리적으로 손상되면 내부 구조가 망가질 수 있습니다. 또한, 고온에 노출되면 배터리가 열 폭주를 일으킬 수 있으며, 이는 내부 화학 반응을 가속화하여 배터리를 폭발시킬 수 있습니다.

 

사용자가 걷잡을 수 없는 상태, 열폭주

열폭주(熱暴走, thermal runaway)는 온도 변화가 그 온도 변화를 더욱 가속시키는 방향으로 환경을 변화시키는 상태를 말한다.
일반적으로 열폭주의 결과물은 매우 파괴적이다. 즉, 열폭주는 일종의 ‘통제 불가능한 양성 피드백’이다. 다시 말하자면, 열폭주란 어떤 역학적 과정의 원인이 온도 증가인데, 그 과정의 결과 방출된 에너지가 온도를 증가시켜 그 과정이 가속되는 것이라고 할 수 있다. 화학·화공의 온도 증가로 인한 발열성 반응, 전기공학에서 전류 증가로 인해 전력이 손실되고 그로 인해 열이 발생하여 소자가 파괴되는 것, 토목공학에서 대량의 콘크리트를 양생할 때 열이 발생하는 것, 천체물리학에서 핵융합이 폭주하여 초신성 폭발이나 헬륨 섬광을 일으키는 것 따위가 모두 열폭주 반응에 해당한다.

열폭주 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 (wikipedia.org)

 

 

리튬 배터리 폭발 감지 방법

 

배터리 폭발을 예방하려면 조기 감지가 중요합니다. 몇 가지 방법으로 배터리 이상을 감지할 수 있습니다.

 

온도 감지하기

배터리의 온도가 갑자기 상승하는 것은 문제의 징후일 수 있습니다. 현대의 스마트폰은 배터리 온도를 모니터링하는 시스템을 갖추고 있으며, 온도가 비정상적으로 높아지면 경고를 보냅니다. 이를 무시하지 말고 즉시 조치를 취해야 합니다.

 

팽창 감지하기

배터리가 팽창하는 것은 내부 압력이 증가하고 있다는 신호입니다. 팽창된 배터리는 ‘즉시’ 교체해야 하며, 손상된 배터리를 계속 사용할 경우 폭발 위험이 높아집니다.

 

성능 저하 감지하기

배터리 성능이 급격히 저하되거나, 충전 시간이 비정상적으로 길어지거나, 배터리가 빠르게 방전되는 경우, 이는 배터리 내부에 문제가 있음을 나타낼 수 있습니다. 이런 경우 배터리 점검을 받는 것이 좋습니다.

 

 

리튬 배터리 폭발 방지 방법

폭발을 방지하기 위해서는 배터리를 올바르게 사용하고 관리하는 것이 무엇보다 중요합니다. 

 

과충전, 방전 방지

배터리를 과충전하지 않도록 주의해야 합니다. 대부분의 현대 스마트폰은 자동으로 충전을 중지하지만, 오래된 기기는 그렇지 않을 수 있습니다. 항상 제조사의 지침을 따르고, 믿을 수 있는 충전기를 사용하세요.

 

물리적 손상 방지

휴대폰을 떨어뜨리거나 배터리에 충격을 가하지 않도록 주의하세요. 보호 케이스를 사용하여 기기를 보호하고, 배터리가 물리적으로 손상되지 않도록 합니다.

 

적절한 온도 유지: 고온, 저온, 직사광선 피하기

배터리를 고온 환경에 노출시키지 않도록 하세요. 뜨거운 자동차 내부나 직사광선 아래에 두는 것을 피하고, 배터리가 너무 차가운 환경에서도 사용하지 마세요. 적절한 온도에서 배터리를 사용하는 것이 중요합니다.

추가적인 관리 팁

 

정기적인 점검

배터리를 정기적으로 점검하고, 이상이 있는지 확인합니다. 배터리가 팽창하거나 이상한 냄새가 나면 즉시 교체해야 합니다. 이 경우 안전장치가 있어서 버티고 있는 것이지, 언제 문제가 생겨도 이상하지 않은 상태입니다.

 

공식 부품 사용

항상 제조사의 공식 배터리와 충전기를 사용합니다. 저품질의 비공식 부품은 폭발 위험을 높일 수 있습니다.

 

배터리 수명 관리

배터리 수명을 관리하기 위해 완전 방전을 피하고, 과충전도 피하며, 70%~80%정도의 배터리를 유지하고 배터리가 완전히 방전되지 않도록 합니다. 또한, 필요하지 않을 때는 기기를 끄거나 배터리를 절약하는 모드를 사용하세요. 단, 너무 오래 꺼두어도 배터리 수명이 줄 수 있습니다.

 

배터리 교체하기

한 개의 리튬 배터리를 장기간 사용하는 것보다 교체하며 사용하는 것이 좋습니다.

 

 

결론

 

휴대폰 리튬 배터리의 폭발 위험은 올바른 사용과 관리로 크게 줄일 수 있습니다. 내부 단락, 과충전, 물리적 손상, 열 폭주 등 폭발의 원인을 이해하고, 이를 감지하고 방지하는 방법을 숙지하는 것이 중요합니다. 적절한 충전, 물리적 손상 방지, 적절한 환경 유지, 정기적인 점검, 공식 부품 사용, 그리고 배터리 수명 관리를 통해 안전하게 배터리를 사용할 수 있습니다.