각종 스마트 기기가 보편화된 요즘, 리튬 이온 전지는 우리 주변에서 많이 사용되고 있습니다. 하지만 어디에 사용되고, 어떤 특징이 있는지 모르는 사람도 많을 것입니다. 가끔 5년이 지난 스마트폰을 여전히 잘 사용하고 있는 사람들이 있습니다. 리튬 이온 전지의 특성에 따라 잘 관리해주면 이렇게 장기간 사용하는 것도 가능합니다.
리튬 이온 전지란?
리튬이온전지란 양극에 리튬금속산화물, 음극에 탄소를 사용하여 전해질을 충전한 구조로 되어 있는 전지입니다. 비슷한 이름에 리튬 전지가 있습니다만, 리튬 이온 전지는 반복해서 충전 및 사용이 가능합니다. 그렇기 때문에 '리튬 이온 2차 전지'라고 불리기도 합니다. 리튬 전지의 경우는 충전을 할 수 없으며, 일회용 전지입니다. 리튬이온 전지는 작지만 에너지 밀도가 높아 쉽게 고전압을 얻을 수 있습니다. 또 크기에 비해 용량이 많아 한 번 충전하면 장시간 지속됩니다. 그렇기 때문에 소형 전자 기기는 물론 전기차의 배터리로 사용이 되고 있는 것입니다. 게다가 똑같이 충전할 수 있는 니켈 카드뮴 전지와 비교하면, 충전 시의 메모리 효과가 없습니다. 메모리 효과란, 전지에 충전된 전기를 다 사용하기 전에 충전을 반복하면, 전지가 최대 용량을 보다 작게 기억해 버리는 효과입니다. 그래서 예전에 디지털카메라에 쓰이던 니켈 카드뮴 전지는 완전 충전과 방전을 시켜 관리했었습니다. 그 시절 잦은 충전을 반복하면 배터리의 성능이 나빠졌다고 느낀 적이 있는 분도 있을 것입니다. 이건 결코 기분 탓이 아니었습니다.
리튬이온전지가 쓰이는 제품
말했듯이 리튬 이온 전지는 작고 대용량의 전력을 축적할 수 있습니다. 그렇기 때문에 스마트폰 및 노트북 배터리로 사용이 되고 있는 것입니다. 지금 대부분 사람들이 사용하는 스마트폰은 많은 전력을 소비합니다. 그래도 장시간 사용이 가능한 것은 리튬 이온 전지이기 때문입니다. 이밖에도 충전형 전지로서 판매되고 있기도 합니다. 얼마 전 랜턴의 건전지가 수명을 다해서 리튬이온 전지를 구입했었습니다. 배터리를 사용하는 가전이나 장난감은 의외로 많고, 게다가 자주 사용하는 것일수록 배터리가 빨리 떨어집니다. 특히 어린이 장난감은 배터리 소모가 심한 것도 많기 때문에, 리튬이온 전지를 사용하면 상당한 절약을 할 수 있을 것입니다. 또한 최근에는 집의 지붕을 이용하여 태양광 발전을 실시하고 있는 집도 많아졌습니다. 태양광을 이용하여 발전한 전기는 그대로 사용하는 것이 아닌, 축전지에 저장 후 사용하게 되는데요, 이 축전지에 리튬 이온 전지가 사용되고 있는 것입니다.
리튬 이온 전지의 종류
형상의 종류에 따른 구분
리튬 이온 전지는 원통형, 각형, 라미네이트형의 3가지 종류가 있습니다. 원통형은 가장 익숙한 전지 형태입니다. 얼마전에 구입한 랜턴의 리튬이온 전지도 이 원통형이었습니다. 원통형은 가장 저렴한 비용으로 만들 수 있는 형태이지만, 다수의 셀을 조합하면 틈이 생겨서 밀도가 줄어듭니다. 바깥쪽은 모두 철로 되어 있습니다. 각형은 말 그대로 네모난 전지를 말합니다. 휴대폰 배터리도 각형입니다. 예전에는 바깥 쪽이 철로 만들어졌지만, 지금은 알루미늄이 주류를 이루고 있습니다. 이 각형은 충전을 반복해 나가는 사이에 두께가 늘어난다는 특징이 있습니다. 심한 경우에는 약 1mm 정도 부풀어 오르게 됩니다. 한 번쯤 오래된 스마트폰 배터리의 부푼 모습을 보셨을 겁니다. 그래서 각형 전지를 기계에 넣을 때 부푸는 것을 고려하여 틈새를 벌려 두지 않으면 안 됩니다. 라미네이트형은 알루미늄제 패키지안에 셀이 들어갈 수 있도록 한 형상입니다. 파우치형으로도 불리며, 다양한 형상으로 제조가 가능한 장점이 있습니다. 또한 라미네이트형도 충전을 반복해 가면서 부풀어 오르는 특징이 있습니다.
플러스극에 사용되는 소재의 종류에 따른 구분
리튬 이온 전지는 플러스 극에 코발트, 망간, 니켈, 복합 재료가 사용되고 있습니다. 예전에는 코발트를 주체로 한 금속 산화물이 플러스 극에 많이 사용되었습니다. 하지만 코발트 가격은 비싸고 가격 변동도 심하기 때문에, 지금은 망간과 코발트, 망간과 니켈 같은 복합 재료가 주류를 이루고 있습니다. 용도에 따라 플러스 극 재료는 구분하여 사용할 수 있습니다.
마이너스극에 사용되고 있는 소재의 종류에 따른 구분
리튬 전지의 마이너스 극에는 흑연과 코크스라는 두 가지 재료가 사용되고 있습니다. 코크스는 고체연료로도 사용되고 있기 때문에 들어 본 적이 있는 분도 많을 것입니다. 지금은 흑연을 사용한 전지가 대부분이지만, 코크스는 방전할 때 전압의 변화가 크기 때문에 배터리의 잔량을 측정하기 쉽다는 장점이 있습니다.
리튬이온 전지의 장점
리튬이온 전지는 앞서 설명한 바와 같이 여러 번 반복해서 충전과 방전을 할 수 있습니다. 일반적으로 충방전 500회 사이클이 수명이라고 알려져 있습니다. 그래서 매일 가지고 다니는 스마트폰이나 노트북 배터리로 매우 적합합니다. 또 가볍고 작지만 대용량이기 때문에 한 번 충전하면 장시간 버틸 수 있습니다. 또한 형상도 다양하기 때문에 다양한 전자 기기에 사용할 수 있습니다.
리튬이온 전지의 단점
리튬 이온 전지는 정말 충전된 상태가 가장 불안한 상태가 되고 폭발할 가능성도 있습니다. 그래서 예전 삼성 노트7 배터리 폭발 사고 때, 임시 대응으로 배터리 충전량을 80%로 제한했었습니다. 어쨌든 정말 충전한 상태에서 장기간 보관하면 수명에 좋지 않습니다. 이러한 이유로 새 스마트폰의 배터리 충전량이 적다는 말이 있습니다. 즉 기기를 장기간 사용하지 않을 경우, 완충이 아니라 80% 이하의 상태에서 보관하는 게 좋다고 합니다. 또한 온도 변화에 약한 것도 리튬 이온 전지의 단점입니다. 예를 들어, 한여름에 주차해놓은 자동차 안이나, 난방이 되지 않는 추운 곳에 리튬이온 배터리를 놓아두면 수명이 짧아질 것입니다. 추운 겨울에 배터리가 순식간에 방전되는 현상을 경험할 수도 있습니다.
관리법 요약
리튬 이온 전지는 온도에 민감하므로, 장시간 혹독한 환경에 보관하지 말아야 합니다. 또한 장기간 보관 시에는 80% 상태에서 보관을 하는 것이 좋습니다. 완전히 방전한 상태로 방치되면 배터리의 성능이 급격히 저하되므로, 주기적으로 확인하여 충전 후 재보 관하는 것이 좋습니다.
