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조회 수 442 추천 수 2 댓글 8

최근 중국산 휴대용 선풍기의 폭발 사고를 알리는 뉴스가 있었더군요.

https://goo.gl/g4MrJA

https://goo.gl/zjMeGQ

 

리튬이온 배터리를 사용하는 선풍기의 폭발 사고였습니다. 정확한 표현은 리튬이온 배터리의 폭발이었습니다. 리튬이온 배터리는 Lithium-ion rechargeable battery (이하 Li-ion 충전지)를 뜻하며 반복 충전과 방전이 가능한 2차 전지입니다. 우리나라의 LG화학과 삼성 SDI는 세계적인 Li-ion 충전지 연구 제조 기업입니다.

 

Li-ion 충전지는 전자담배, 모바일폰, 노트북, 드론, 전기 자전거, 전기 자동차, 비행기 등의 수많은 장치와 장비에 사용되고 있습니다. 폭발과 화재 등의 위험성도 있지만, 높은 에너지 밀도와 자가 방전율이 매우 낮으며, 사용전압이 높아 아직까지 최고의 충전지로 대우받고 있습니다. 

 

저는 모바일폰과 노트븍 이외에 손전등(Flashlight)에도 Li-ion 충전지를 사용하고 있습니다. 모바일폰과 노트북용 Li-ion 충전지와 손전등에 사용하는 그것과는 모양과 크기가 다릅니다. 원형의 생김새입니다.

S-IMG_7241.JPG

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이번에 폭발사고에 사용된 18650 크기의 Li-ion 충전지입니다. 18650의 18은 직경(mm), 65는 길이(mm), 0은 원형(원래는 숫자 '0'이 아닌 알파벳  'O')을 뜻합니다.

S-IMG_7244.JPG

 

S-IMG_7245.JPG

위 사진은 모두 Li-ion 충전지입니다. 단, 왼쪽부터 3개는 비보호(Unprotected) Li-ion 충전지이고 나머지 3개는 보호(Protected) Li-ion 충전지입니다. 보호 Li-ion 충전지는 비보호보다 직경이 조금 더 크고 길이도 길어집니다. 양극(+) 버튼, Wire, Wrapper, 그리고 보호회로(PCB) 등이 추가되기 때문입니다. 

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S-IMG_7246.JPG

비보호 Li-ion 충전지입니다. (위 : Panasonic, 아래 : LG화학)

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SIMG_7247.JPG

보호 Li-ion 충전지입니다. 하얀 wrapper(피복제)를 제거하면 그안에 비보호 충전지가 들어 있습니다. 그럼 왜 보호 충전지라고 부를까요?

 

비보호 Li-ion 충전지는 마치 어린 아이와 같아서 조심스럽게 다루어야 합니다. 제조사는 자사의 제품에 대한 공칭기준(Normal Specification)을 제공합니다. LG와 삼성 SDI에서는 생산하는 18650 Li-ion  충전지는 모두 비보호입니다.

2017-05-19 오후 7-21-08.jpg

위의 표는 LG ICR18650B4 (비보호 Li-ion 충전지) Spec.입니다. 2600mAh 용량의 Li-ion 충전지로써, 어떻게 사용하고 충방전해야 하는지 일목요연하게 표기되어 있습니다. 여기서 주의깊게 봐야할 것은 최대충전전압(Max. Charge Voltage), 최저방전전압(End Voltage-Cut off), 최대방전전류(Max. Discharge Current)입니다. 왜냐하면 Li-ion 충전지의 수명과 안전에 영향을 주는 주요인자이기 때문입니다.

 

물론 잘만들어진 고품질의 국내산 비보호 Li-ion 충전지에는 CID라는 안전장치가 들어있어 과충전에 의한 위험은 피할 수 있습니다. 단, CID는 한번 작동해서 끊기면 충전지 수명은 끝납니다. 또한 완전 방전되어도 수명은 끝이 납니다. 방전전류가 너무 높으면 PTC라는 금속판이 전류를 차단하고, 충전지는 다시 사용할 수 있습니다. 아래는 보호 충전지 구조도입니다.

 

ProtectedBattery.png

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하지만 비보호 Li-ion 충전지는 사용자의 사용습관과 환경적인 요인들이 다 틀리기 때문에 PCB라는 보호회로를 설치하여 더욱 안전성을 높여줍니다. 안전장치를 추가하는 것입니다. 그래서 최대충전전압 이상으로 과충전되는 것을 방지하고, 최저방전전압으로 과방전되는 것을 방지합니다. 마지막으로 최대방전전류 이상으로 방전되는 것을 방지합니다. 즉, 4.2V를 초과하지 않도록 충전하고, 2.75V 미만으로 방전되지 않도록 하며, 5A 이상으로 무리하게 방전되지 않도록 합니다. (단, 제조사와 제품에 따라서 이들 Spec.은 조금씩 차이는 있습니다.)

 

예를 들어 어떤 제품은 공칭용량이 2200mAh, 2600mAh, 2900mAh, 3000mAh, 3100mAh, 3500mAh, 최대충전전압이 4.2V, 4.35V, 최저방전전압이 2.5V, 2.75V,  최대방전전류가 4A~20A가 되는 것도 있습니다. 각각의 Li-ion 충전지의 고유한 Spec.이 있으며,  이에 맞게 잘 사용하여야 합니다. Li-ion 충전지는 휴대용 선풍기, 모바일폰의 충전용 보조 전지로도 사용하므로 불특정 다수가 사용합니다. 충전지에 구멍이 나거나 강한 충격을 받을 경우, 외부의 강한 열 등 외부적인 요인에 의해서  화재나 폭발의 위험성이 있으므로 주의가 필요하고, 일반적인 사용시에도 위에 설명한 것들을 기억해야 합니다. 외부적인 요인은 보호 충전지도 안전할 수 없습니다.

 

보호 충전지는 비보호 충전지에 안전장치를 추가한 것입니다. 즉, 충전지의 수명을 늘려주고 안전하게 사용할 수 있도록 도움을 줍니다. 즉, KC시험인증을 받은 보호 Li-ion 충전지를 사용하시면 됩니다.

 

단, 비보호, 보호든 모든 Li-ion 충전지는 차안에 두거나, 물과 불에 가까이 하면 안됩니다. 낙하나 심한 충격도 피하시기 바랍니다.

또한 Ultrafire,Trustfire 등 ****fire의 이름을 갖는 Li-ion 충전지는 구입하지 마시기 바랍니다. 저급한 중국산 배터리입니다.

(그 이유는 https://goo.gl/eeyQqM 를 참고하시면 이해가 될겁니다.^^)

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 Comment '8'
  • profile
    박용호 2017.05.20 10:17

    특급  정보라고 말하고 싶습니다.   진심으로 감사드립니다.  아무 생각없이  사용하는 건전지에 이런 과학이 숨어 있다니 놀랍습니다.

  • ?
    김경호 2017.05.20 18:49
    잘사용하면 편리한 충전지이지만, 아주 가끔 오용에 의한 사고도 있기에 짧은 지식을 적어두었습니다. 도움이 되셨다면 다행입니다.^^
  • profile
    박순백 2017.05.20 22:16

    "KC시험인증을 받은 보호 Li-ion 충전지를 사용"하도록 하겠습니다.^^

     

    정말 좋은 정보네요.

  • ?
    김경호 2017.05.21 00:46
    KC시험인증을 받은 보호충전지는 국가에서 보증하는 것이니 믿을 만 합니다.^^
  • profile
    임시후 2017.05.22 14:54

    정성스러운 글 감사합니다. ^^~ 사고 소식을 많이 들어서 당분간 손풍기는 살 일이 없을 듯합니다. ^^;;;

  • ?
    김경호 2017.05.22 21:16
    저는 아주 더우면 안전한 손부채를 사용합니다.^^
  • profile
    최구연 2017.05.22 22:05 Files첨부 (1)

    자세한 설명 잘 봤습니다. 감사합니다.^^

    자전거 라이트에 쓸려고 사 놓은 건전지를 꺼내 보니 얘들은 니켈-수소 전지네요.

     

    L1190311.jpg

     

    유기 전해액을 쓰는 리튬-이온 전지와 달리 수용액을 쓰는 니켈-수소 전지는 폭발 위험성은 없으나
    낮은 에너지 밀도와 수명 등등의 이유로, 요즘의 소형 전자 기기에는 주로 리튬 이온 전지가 쓰인다는
    것도 김 선생님 덕에 처음 알았습니다.^^;;

  • ?
    김경호 2017.05.23 01:04
    네, 첨부하신 Ni-MH 충전지는 보다 안정적이라 작은 손전등, 해드램프나 전화기 등에 많이 쓰입니다. 가장 흔한 알카라인(Alkaline) 1차전지가 쓰이는 곳에는 모두 사용 가능합니다. 현재는 기술발전으로 충방전 회수도 많고 오래 쓸 수 있어 알카라인에 비해 훨씬 경제적입니다. Panasonic Eneloop가 가장 품질이 좋고 수명도 오래 가는 것으로 알려져 있습니다.^^
    (Sanyo Eneloop가 Panasonic으로 흡수되었습니다.)

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