작동 원리별 배터리 분류 |
1) 소형 Ni-Cd Battery (니켈 카드뮴 배터리)
대형 2차 전지가 2차 대전 당시 유럽에서 개발된 데 비해, 소형 2 차 전지는 1960 년대 유럽에서 상용화 되었다. Ni(OH)2를 양극으로, Cd 을 음극으로 사용하는 전지이며, 알카리 수용액을 전해질로 사용한다. 납축전지와 Ni-Cd 전지의 가장 큰 차별점은 전해질을 황산대신 알카리 수용액을 사용한다는 점이다. 알카리 수용액은 황산과 같은 산성 수용액보다 전도성이 뛰어나다는 장점이 있다. Ni-Cd 전지의 전압은 1.2 V 인데, ( 비교- 건전지 : 1.5 V, 납축전지 2.0 V) Ni-Cd 전지에서는 전지를 다 사용하기 전에 충전하면 memory effect 때문에 다음 충 방전 시에 용량이 줄어드는 현상이 발생한다.
Memory effect 의 단적인 예는 전기 면도기처럼 매일 일정시간 사용하고 곧 바로 충전하는 기기에서의 이상 동작 현상을 들 수 있다. 본인이 면도하고 난 후 충전 후에 , 다른 사람이 면도하려고 하였는데 면도기가 작동하지 않는 것이다!
Memory 라고 말할 수 있는 이 현상은 이 전지 (예를 들어 Ni-Cd 전지) 를 강제 방전함으로써 memory 를 지울 수 있다.
Memory effect는 Cd(카드뮴) 금속 고유의 특성이다. 카드뮴 금속은 수정과 같은 결정구조를 이루고 있는데 방전이 일어나면서, 반응이 일어난 부분은 결정구조가 흐트러져 비정형 구조로 변한다. 비정형구조와 결정 구조사이의 경계는 충전과 방전을 거듭하면서 굵어지고, 이러한 경계가 memory effect 의 원인이 된다. |
2) NiMH Battery (니켈 수소 전지)
1970 년대에 "수소 저장 합금 (Hydrogen Storage Alloy)" 이 개발되었다. 수소저장 합금이란 압력과 온도의 변화에 따라 수소를 흡수했다가 방출했다가 하는 금속 합금이다. 이에 따라 1990년대 초에 Ni-Cd 전지에서 음극인 Cd을 수소 저장 합금으로 대체하여 memory effect 를 피하고, Cd 이라는 공해 물질도 쓰지 않게 되고, 또한 용량도 증대시켜 Ni-MH 전지가 상용화 되었다. 전압도 Ni-Cd 와 동일한 1.2 V 로서 기존 전지와 호환이 가능하였다. 단점은, 가격이 비싸고 출력이 떨어진다는 것이다. 따라서, 아직까지 power tool 과 같은 고전류를 요구하는 응용기기에서는 Ni-MH 가 Ni-Cd 보다 불리하다. |
3) Li-ion 전지
Li-ion 전지는 Ni-Cd, Ni-MH 전지와는 성격이 다르다. 일단 전압이 3.6 V로 기존 전지의 3 배나 된다. 전해질로는 수용액대신에 유기 용매를 사용한다. 그 이유는 전지 내부의 전해질에서 산화 환원 반응이 일어날 때, 전해액이 수용액일 경우 1.35 V에서 분해가 일어나므로 대신에 4 V 이상의 전위차에서도 분해없이 안정한 유기 용매를 전해질로 사용한다. Li-ion 전지는 현재 양극으로는 LiCoO2 를 사용하고, 음극은 카본이나 graphite 를 사용한다
충전 시에는 LiCoO2 속에 있는 Li 이온이 빠져 나와서 음극의 결정 속으로 들어간다. (Intercalation) 방전 시에는, 역반응이 일어난다. Graphite 격자구조 속에 있는 Li 이온이 빠져 나와 전해질 속을 이동하여 양극의 결정구조 속으로 들어간다. 즉, 충 방전시에 Li 이온이 양극과 음극 사이를 왔다 갔다 하게 된다. 이런 이유로 초기에는 Li 이온이 그네를 타는 것처럼 왔다 갔다 한다고 하여 " Swing 전지" 또는 흔들의자처럼 왔다 갔다 한다 하여 "rocking chair concept 에 의한 전지" 등으로 불렸으나, 일본에서 Li-ion 전지로 명명하였다. Li-ion 전지에는 순수한 Li 금속은 포함되어 있지 않다. Li 금속은 매우 반응성이 높은 금속이며, 물에 닿으면 폭발적인 반응을 일으켜 위험할 수 있다.
왜 Li-ion 전지인가? (장점 및 단점) Li-ion 전지의 장점은 용량이 커서 충전 후 오래 사용할 수 있고 다른 전지보다 가볍다는 점이다. 그러나, 다른 전지보다 위험하며, 안전성 문제로 인하여 고 전류를 흘릴 수 있는 고 출력 (high power) 전지를 만들기가 힘든 것이 단점이다. 이 안전성 문제를 보완하고 전지의 성능을 유지하기 위해, 여타 다른 전지에서는 사용하지 않는 보호회로를 사용하기도 한다. 고용량이 필요한 device 가 개발 될수록 수요가 늘어나는 추세이다 | |
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각종 충전 배터리 관련 용어 설명 |
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① 메모리 현상 (Memory Effect)
니켈로 만든 전지에서는 활물질로 사용된 NiOH에서 OH가 떨어졌다 붙었다 하면서 전하를 전달하는 현상이 바로 충전과 방전이라는 전기적 흐름으로 나타난다. 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 됩다. 이와같이 전지가 마치 사용할수 있는 용량의 한계를 기억하는 것과 같은 이러한 현상을 메모리효과라고 한다. 따라서 Ni(니켈)을 포함하고 있는 전지는 완충전(100%충전)하였다가 완전히 바닥이 날때까지 사용(단, 전지가 허용하는 방전하한 상태까지만)하는 것을 반복하는 것이 가장 잘 사용하는 방법이다. 그러나 리튬이온배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 임의대로, 주변환경에 따라 수시로 충전하여 사용하여도 거의 수명에 영향을 미치지 않는다. 오히려 조금쓰고 충전하고 조금쓰고 또 충전하고 하면 Ni-계 전지와는 정반대로 수명이 길어지는 효과가 있다는 연구 결과가 나와있다. |
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② 2차 전지
1차 전지는 disposable 전지, 2차 전지는 reusable 전지라 부른다. 1차 전지는 전지 속의 에너지가 고갈되면 버리는 전지이다. 2차 전지는 mobile phone 과 Notebook PC 에서 계속 충전하면서 여러 번 재사용이 가능한 전지이다. 충전이란, 외부에서 전기에너지를 흘려주어서 고갈된 화학 에너지를 충진하는 것이다. 1차 전지도 어느 정도 충전이 가능하다. 그러나, 충전시 gas 가 발생하여 문제가 된다. |
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③ capacity (mAh)
전지의 용량이란, mAh 라는 단위에서 볼 수 있듯이, 1 mAh 의 용량은, 1mA 의 전류를 1 시간 동안 흐르게 할 수 있는 전하량을 말하며, 따라서 전지의 용량이 1800mAh 라는 것은 1800mA 의 전류를 사용하더라도 1 시간을 쓸 수 있는 전하 저장능력이 있는 전지라는 의미가 된다. |
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④ energy density (Wh/l)
250 Wh/l, 300 Wh/l 로 표시되는 용량밀도는 전지를 얼마나 작게 만들 수 있는가를 결정하는 판단기준이 된다. 전지에 보면, 1200mAh, 1500 mAh 등으로 표시되어있는 것을 볼 수 있다. 이것은 전류의 근원이 되는 전하량이다. 또한 전지에는 1.2 V, 3.6 V 등으로 전압이 표시되어 있다. 전력량은 Wh = Ah (전하량) x V (전압) 의 식에서 나온다. 예를 들어, 1000mAh에 3.6 V 라고 하면 3.6 Wh 가된다. 여기에 부피를 나누어 주면 Wh/l 단위의 energy density를 구할 수 있다. |
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⑤ cycle life
2 차 전지는 충 방전을 계속하면서 용량이 줄어든다. 초기에는 1000 mAh 이었던 용량이 몇 백번 충 방전을 하면서, 700, 600, 500 mAh 까지도 줄어든다. 일반적으로, cycle life 는 초기용량의 60 % 용량으로 용량이 줄어들었을 때까지의 충 방전 회수로 정의한다. 예를 들어 cycle life 가 500 회라고 하면, 500 쓰면 용량이 줄어들어 전지를 교체해야 하는 것으로 알고 있는데 사실은 그렇지는 않다. 500 회란 것은 100 % D.O.D. 에서 500 회라는 것이다. D.O.D. 는 Depth Of Discharge 의 약자로서, 용량이 1000mAh 라고 하면, 1000mAh 를 100 % 다 소진하고, 충전했을 때에 cycle life 를 의미한다. 그러나, 실제는 70-80 % 사용하고 충전하는 것이 일반적이다. 80 % D.O.D 에서는 cycle life 는 2-3 배 정도 증가된다. Cycle life 는 교과서적인 정의에 바탕을 둔 성능 항목이므로 해석할 때 주의를 기울여야 한다. |
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⑥ 작동 온도구간
전지 catalogue 를 보면, 방전은 -20 C - + 60 C, 충전은 0 - 40 C 등으로 적혀있다. 전지는 근본적으로 온도가 올라갈 수록 용량은 증대되지만, cycle life 는 급격히 떨어진다. 인간이 가장 살기 좋은 온도인 20 도를 기준으로 정한다. 20 도에서 용량을 100 % 라고 정의할 때 저온에서 몇 % 의 용량이 방전되는가를 표시하는 방법으로 전지의 온도에 대한 적응력을 평가한다. 저온 특성이 나쁘다고 하여 저온에서 전지가 작동되지 않는다는 의미는 아니다. -20 도에서 상온의 50 % 용량을 방전한다고 하면, -20도에서 상온에서 1000 mAh 의 용량을 방전하던 전지가 -20 도에서는 500 mAh 만 방전한다는 의미이다. 이것 역시 실장 test 와 전지 test 간에는 많은 gap이 있다. 경험이 많은 휴대폰 업체에서는 -20 도에서 비상통화 한 통화만 하면 된다고 말하나, 국내업체에서는 -30 도에서 상온 용량의 60 % 를 요구하는 경우도 있다. |
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⑦ 자가방전
전지는 내부에 화학물질을 다량 함유하고 있다. 그러므로, 그냥 방치하고 있어도 화학반응에 의하여 용량이 줄어든다. 이런 현상을 자가방전 (self-discharge) 이라고 한다. 자가방전에는 두 가지를 점검해야 한다. "retention capacity" 와 "recovered capacity" 가 평가 항목이다. Retention capacity (Capacity retention) 이란 예를 들어 45 도에서 전지를 한달 간 방치하였을 때 한달 후에 어느 정도의 용량이 없어지고 어느 정도의 용량이 남아있냐를 표시하는 항목이다. 자가방전이 된 전지를 충전을 하여 방전시켜 보았을 때 용량이 100 % 방전되는 것은 아니다. 자가 방전된 전지를 재충전하여 방전했을 때 용량의 몇 % 용량이 방전되는가를 나타내는 것이 recovered capacity 이다. 일부 전지에서는 자가방전으로 전압이 0V 가까이 되면 recovery가 안 되는 경우가 있다. 또한 자가방전은 1 차 전지에서도 문제가 된다. 1 차 전지는 창고에 stock 되어있는 기간에 비례하여 용량이 감소되므로 장기 보관 시 냉동창고에 보관해야 하며, cost 상 그렇지 못할 경우에는 싼 가격에 처분해야 한다. 자가방전은 온도가 높을 수록 자가방전 속도가 급격히 증가하므로, 열대지방이나 여름에는 세심한 주의를 해야 하고, market section 상 열대지방을 target 으로 할 경우에는 formula 를 변경시켜서 자가방전을 최소화 시켜야 한다. 다시 말해서 동일한 전지라고 하여도 수요처에 따라 formula 를 다르게 해줄 수 있는 능력을 보유하고 있어야 진정한 전지업체라고 할 수 있다.
리튬이온전지 |
충전이 안되는 1회용 전지를 1차전지라고 하고 충전이 가능한 전지는 2차전지라고 부른다. 2차전지에는 예전에 많이 사용되었던 Ni-Cd(니카드=니켈카드뮴), Ni-Mh(니켈메탈하이드라이드)전지등이 있으나 모두 공통적으로 니켈이 포함된다. 이러한 전지는 메모리 효과를 가진다.
휴대용, 무선전자 제품들의 개발이 증가하고 있는 현재의 추세로 볼 때, 이들 제품들의 소형화 및 경량화를 위해 에너지 밀도가 높은 2차 전지의 필요성이 크게 대두되고 있다. 또한, 환경 보전에 대한 관심이 높아짐에 따라 환경 친화적인 제품에 대한 관심도 높아지고 있다.
리튬 이온 2차 전지는 이와 같은 요구를 충족시킬 수 있는 강력한 후보이다. 리튬 이온 2차 전지는 에너지 밀도가 높고, 작동 전압이 높을 뿐 아니라 우수한 보존 및 수명 특성을 보이는 등의 많은 장점을 지니고 있다. 따라서 리튬 이온 2차 전지는 3C로 불리우는 개인용 컴퓨터(Personal Computer), 캠코더(Camcorder), 휴대용 전화기(Cellular phone) 외에도 휴대용 CD player나 PDA와 같은 개인용 무선 전자제품에도 폭넓게 적용되고 있다. |
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리튬 이온 배터리의 원리 |
리튬 이온 전지는 두 전극(양극과 음극)과 리튬 이온을 두전극간에 가역적으로 전달할 수 있는 물질로 구성된다. 전지는 rocking chair principle 이라고 불리우는 원리에 의해 작동되는데 rocking chair principle이란 전지를 충전 및 방전함에 따라 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 교대로 드나드는 ("rock" back and forth) 것을 이야기한다. 이러한 원리는 리튬 금속 2차 전지의 작동 원리와는 근본적으로 다르며 충방전을 함에 따라 양극과 음극 물질의 변화가 없기 때문에 안전하다. (그림1) |
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충전 |
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LiCoMO2+Cn |
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Li1-xCoMO2+CnLix |
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방전 |
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![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.ibmmania.com%2Ftip-lecture%2Fcommon%2Fli-ionbattery%2Fbattery1.gif) <그림 1> |
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리튬 이온 배터리의 특징 |
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1) 에너지 밀도가 높다 리튬 이온 전지는 같은 용량의 니카드 혹은 니켈수소 전지에 비해 질량이 절반에 지나지 않는다. 또한 부피도 니카드 전지에 비해 40~50% 작을 뿐 아니라 니켈수소 전지에 비해서도 20~30% 작다. |
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2) 작동 전압이 높다 하나의 리튬 이온 전지의 평균 전압은 3.7V로서 니카드나 니켈수소 전지 3개를 직렬로 연결해 놓은 것과 같은 전압이다. |
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3) 가능 출력이 높다 리튬 이온 전지는 1.5CmA까지 연속적으로 방전이 가능하다. (1CmA란 전지의 용량을 1시간 동안 모두 충전 또는 방전하는 전류를 말한다) |
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4) 무공해 리튬 이온 전지는 카드뮴, 납 또는 수은과 같은 오염물질을 사용하지 않는다. |
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5) 금속 리튬이 아님 리튬 이온 전지는 리튬 금속을 사용하지 않아 더욱 안전하다. |
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6) 우수한 수명 정상적인 조건하에서 리튬 이온 전지는 500회 이상의 충전 / 방전 수명을 지닌다. |
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7) 메모리 효과가 없다 리튬 이온 전지에는 메모리 효과가 없다. 반면에 니카드 전지는 불완전한 충전과 방전이 반복적으로 이루어질 때 전지의 용량이 감소하는 메모리 효과를 보인다. |
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8) 고속 충전이 가능 리튬 이온 전지는 정전류/정전압(CC/CV) 방식의 전용 충전기를 이용하여 4.2V의 전압으로 1~2시간 안에 완전하게 충전할 수 있다. | |
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실험 데이터로 알아보는 리튬 이온 배터리의 특성 |
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I. 충전 특성 - 충전시의 전기적 특성 |
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.ibmmania.com%2Ftip-lecture%2Fcommon%2Fli-ionbattery%2Fdata1.gif) |
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1) 충전 특성
리튬 이온 전지를 충전하기 위해서는 전용의 정전류/정전압(Constant Current/Constant Voltage) 방식 충전기를 사용해야 한다. 전용 충전기는 전지의 개별 전압이 4.2V까지 충전될 수 있도록 충전 전류를 조절한다. 리튬 이온 전지는 0.1CmA에서 1.5CmA 사이의 전류 범위 안에서 정전류로 충전되다가 정전압 조건에 이르면 충전 전류가 점차 감소하여 영에 이르게 되어 전지의 과방전을 막는다. |
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![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.ibmmania.com%2Ftip-lecture%2Fcommon%2Fli-ionbattery%2Fdata2.gif) |
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2) 충전 시간과 충전 속도
리튬 이온 전지를 1CmA의 충전 전류로 충전할 경우 공칭용량의 90%가 충전되기까지의 시간은 80분이다 |
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![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.ibmmania.com%2Ftip-lecture%2Fcommon%2Fli-ionbattery%2Fdata3.gif) |
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3) 충전 온도 특성
옆 그림은 0 ~ 40℃ 온도 범위에서의 리튬 이온 전지의 충전 온도 특성을 나타낸 것이다. |
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II. 방전 특성 - 방전시의 전기적 특성 |
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1) 방전 특성
옆그림은 정전류로 연속 방전된 리튬 이온 전지의 방전 곡선을 나타낸다. 일반적으로 리튬 이온 전지는 4.2V에서 2.75V까지 방전한다 |
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2) 방전 온도
특성 옆그림은 다양한 온도에서의 리튬 이온 전지의 방전 용량을 나타낸 것이다. |
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III. 수명 특성 및 보존 특성 |
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![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.ibmmania.com%2Ftip-lecture%2Fcommon%2Fli-ionbattery%2Fdata6.gif) |
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1) 수명 특성
1CmA의 전류로 완전 충전 및 방전을 반복했을 때 리튬 이온 전지는 300 싸이클에서 용량의 80%를 유지하는 우수한 특성을 나타낸다 |
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2) 자가 방전 특성
옆그림은 리튬 이온 전지를 20 ~ 60℃ 사이에 보관한 후의 잔여 용량 (전하 보존율)을 나타낸 것이다. |
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![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.ibmmania.com%2Ftip-lecture%2Fcommon%2Fli-ionbattery%2Fdata8.gif) |
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3) 보존후의 용량 회복율
옆그림은 리튬 이온 전지를 20 ~ 60℃ 사이에 보관한 후 초기 용량 대비 사용 가능 용량을 나타낸 것이다. |
리튬이온 전지의 전지팩 보호 회로 |
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보호 개요
리튬 이온 전지가 4.5V 이상으로 충전되면 전지 내부의 전해액이 분해되어 기체를 형성하게 된다. 형성된 기체는 전지 내부압력을 증가시키게 되고 내부압을 해소하기 위한 안전변이 작동을 하게 되고 이는 전해액의 누출을 수반할 수 있다. 따라서 어느 전압 이상 (일반적으로 4.35V)으로 충전하지 않도록 해야한다. 또한 전지를 일정전압 이하로 방전하게 되면 음극의 집전체인 구리가 전해액 내부로 용해되기 시작하여 전지의 성능이 저하된다. 따라서 전지 팩에는 아래의 기능을 지닌 보호 회로가 반드시 필요하다. |
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보호 회로의 기능
1) 과충전 방지 기능 보호 회로는 전지 한 개당 4.35 ±0.05V 이상으로 충전되는 것을 방지하고 과충전된 전지의 전압이 4.0 ±0.15V 이하로 떨어지게 되면 다시 충전이 가능하게끔 한다.
2) 과방전 금지 기능 보호 회로는 전지당 2.3 ±0.15V 이하로 방전되는 것을 방지한다. 또한 전지 전압이 전지당 2.3 ±0.15V로 올라가게 되면 다시 방전이 가능하게끔 한다.
3) 단자의 단락 보호 단자(output terminals)에서 단락이 일어나게 될 경우 보호 회로는 전지의 방전을 방지한다. 전지가 정상이 되면 보호 회로는 자동적으로 다시 전지의 방전이 가능하게끔 한다. |
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안전 보호 설계
충전기나 사용 기기에 이상이 발생하여도 전지팩이 안전할 수 있도록 보호 회로가 전지팩을 보호할 수 있어야 한다. |
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리튬이온 배터리의 안전성 <안전성 실험결과 데이타> |
① 전기적 실험 |
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② 기계적 실험 |
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③ 환경적 실험 |
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리튬이온 배터리 전해액의 독성 |
리튬 이온 전지에 사용하는 전해액은 약간의 냄새가 있는 투명한 액체이다. "Law for Control of Poisonous and Powerful Agents"에 의해 독으로 분류되어 있지는 않다.
전지를 분해하는 것은 금지되어 있다. 리튬 이온 전지를 올바로 관리한다면 누액은 일어나지 않을 것이다. 만일 누액이 발생하여 피부에 노출되면 점차 피부를 자극하게 되고, 장시간 노출될 경우 염증을 유발할 수도 있다. 응급 처치 요령은 다음과 같다.
전해액이 피부에 노출될 경우, 즉시 깨끗한 물로 세척한다. 전해액이 눈에 들어갔을 경우에는 즉시 깨끗한 물로 눈을 15분 이상 세척한 후 의사와 상담하도록 한다. 그 외에도 전해액을 삼켰을 경우에는 따뜻한 물이나 우유를 다량 마셔서 구토를 유도하고 의사와 상담하도록 한다. 전해액으로 오염된 천을 소각할 경우 인체에 유해한 기체가 발생할 수 있다. 따라서 전해액이 묻은 천은 폐기하기 전에 반드시 물로 세척하여야 한다. 전해액은 인화점이 25℃이고, Non Water-Soluble Liquids, Petroleic Oils, 2nd Group, Category No. 4의 "Dangerous Class III"로 지정되어 있고 일본의 Fire Service Law에 의하면 위험 물질로 규정되어져 있다. |
리튬이온 전지 취급시 주의사항 |
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>> 충전 관련
① 충전 전압 단전지의 전압이 1.0V이하(Note 1)일 경우에는 절대로 전지를 충전해서는 안되며, 또한 명시된 충전 전압(4.2V ×직렬로 연결된 전지의 개수)을 넘어서도 안된다. 충전 중의 주위 온도, 전원 공급 장치 전압의 변동 및 전압 조절 정밀도 등을 고려하여 볼 때 충전 전압은 "4.25V ×직렬로 연결된 전지의 개수" 를 초과해서는 안된다또한 외부 공급 전원이 명시된 전압을 초과하는 경우나 충전기의 고장 등의 상황에서도 명시된 충전 전압 이하를 정확히 유지할 수 있는 충전기를 선택하는 것도 중요하다
② 충전 전류 리튬 이온 전지는 명시된 충전 전류(1.5CmA) 이하의 전류로 충전하도록 한다. 만일 전지의 전압이 "1.0V ×직렬로 연결된 전지의 개수"(Note 1)에서 "1.0V ×직렬로 연결된 전지의 개수" 사이의 범위로 낮아졌을 때에는 소량의 전류인 1/20 ~ 1/30CmA의 전류로 전지를 충전하도록 한다.
③ 충전 온도 리튬 이온 전지는 0 ~ 45℃의 온도 범위 안에서 충전하도록 한다. 전지팩 내의 전지 위치를 결정할 때에도 충전기 내부에 발생하는 열을 고려하여 전지가 위의 온도 범위 안에서 충전될 수 있도록 설계하여야 한다. 0℃ 이하의 온도에서는 전지가 불완전하게 충전될 뿐 아니라 전지의 여러 성능도 저하되게 된다.
④ 역충전 전지의 역충전을 반드시 방지해야 한다. |
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>> 방전 관련 사항
① 방전 전류 리튬 이온 전지는 명시된 방전 전류(1.5CmA) 이하로 방전하도록 한다. 2Amps이상의 전류는 cycle interval에 따라 PTC의 특성으로 인해 전지 용량을 감소시킬 수 있다.
② 방전 온도 리튬 이온 전지는 -20 ~ 60℃의 범위내에서 방전하도록 한다. -20℃ 이하의 온도에서 리튬 이온 전지의 방전 용량은 급격하게 감소할 것이다.
③ 과방전 충전기의 누전이나 기타의 이유로 인해 리튬 이온 전지의 과방전이 발생할 수도 있다. 따라서 이러한 원인들을 최소화하기 위해 많은 노력이 필요하다. |
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>> 보관/재고 관련 사항
① 보관 환경 리튬 이온 전지는 -20 ~ 35℃의 온도에 습도가 낮고 부식이 일어나기 어려운 장소에 보관하여야 한다. 60℃ 이상의 온도에 보관할 경우에는 전지의 성능에 저하가 있다. 또한 전지를 불 가까이 보관하지 않아야 한다.
② 장기간 보관 전지의 전압이 높을수록 보관에 따른 용량 감소의 폭은 더 크다. 따라서 리튬 이온 전지를 장시간 보관할 경우에는 전지당 약 3.8V의 낮은 전압으로 보관하도록 한다. 전지를 장기간 보관할 경우 전지의 자가 방전으로 인해 전지가 과방전될 가능성이 있다. |
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리튬이온 배터리의 사용법 FAQ ....- Written by 귀신 김태은 |
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1. 왜 리이온 배터리를 사용하는 노트북을 처음 구입해서 완방완충을 한번 시키는 것이 좋다고 하죠?
노트북의 배터리는 생산된 이후 일상이라는 환경하에서 몇주, 길게는 몇달동안 보관되다가 구매자의 손에 들어오게 됩니다. 이 경우에서 배터리의 전해질이 결정화되어 제대로 충전 캐퍼빌리티를 발휘못하는 경우가 있습니다. 따라서 한차례 완방(완전방전) 후 완충(완전충전)을 해줘서 제 기능을 찾게하고자 하는 것입니다.
그러나 '완전 방전'이라는 것이 배터리가 무리가 갈 정도의 극한까지 방전시킨다는 것이절대 아닙니다. 노트북 사용시 일반적으로 배터리 부족 경고후 계속 사용하다보면, 시스템이 꺼집니다.(혹은 하이버네이션 모드로 진입). 바로 이 상태를 '완전방전'이라고 봐야합니다 자연스러운(올바른) 완전방전 상태에서 다시 부팅을 해서 사용하기를 시도한다거나, 도스 모드에서 배터리 아웃 되기까지 또 사용하는 등의 시도는 배터리의 손상을 가져옵니다. |
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2. 리이온 배터리는 메모리 효과가 없나요? 충전은 어떻게 하는 것이 좋을까요?
리이온 배터리의 가장 큰 장점중 하나가 바로 메모리 효과가 없다는 것입니다. 구형 노트북에서 쓰이는 Ni-Cd 배터리의 경우 메모리 효과 때문에 완방/완충이라는 규칙을 꼭 지켜 사용하는 것이 옳은 사용법이었고, Ni-MH 배터리 역시 Ni-Cd배터리보다는 메모리 효과가 적지만 분명히 있으므로 역시 완방/완충이 바른 사용법입니다만, 리이온 배터리는 오히려 완방/완충이 전체적인 배터리의 수명과 용량에 악영향을 미칠 수 있습니다. 그냥 사용하다가 언제든지 기회가 되면 다시 충전하는 형태로 사용하는 것이 지금까지 밝혀진 올바른 리이온 배터리 사용법입니다.
엄밀히 말하자면, 완방/완충을 피하는 것은 배터리 캐퍼빌리티(충전용량=사용시간)에 영향을 준다는 것 보다는 오히려 사이클라이프(CycleLife) 측, 충전사용 가능 횟수가 보다 늘어난다는 것을 의미합니다. 따라서 전체적인 리이온 배터리의 사용기간이 늘어난다고 할 수 있죠 |
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3. 리이온 배터리에서 완방/완충이 전혀 필요없습니까?
일반적으로 사용할때는 완방/완충이 오히려 좋지 못하지만, 사용중 배터리의 캐퍼빌리티가 현격히 떨어졌다고 느끼는 경우가 있을 것입니다. 이러한 경우는 배터리의 전해질이 결정화되어 제 용량을 발휘못하는 것입니다. 완방/완충을 해주는 것은 캐퍼빌리티 회복에 도움이 됩니다. |
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4. 완전방전은 어떤 형식으로 해줘야 할까요?
완전방전에 대해서 논란이 많습니다. 필자인 저 역시 완방이 배터리가 끝까지 방전시키는 것이 완방이라고 믿어왔습니다만....틀린 내용이었습니다. ㅜㅜ
올바른 완방이란 과방전 (Over Discharge)이 아닙니다. 과방전시킬 경우 배터리 용량에 큰 손실을 가져옵니다. <위 방전관련 사항 참조> 따라서 노트북에서 사용하는 리이온 배터리의 완방은 os 및 시스템의 파워매니지먼트에 의한 배터리 아웃을 의미합니다. (일반적으로 1차 경고후 절전모드로, 그후, 최대절전모드로 들어간 상태를 완전방전 입니다.) |
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5. 배터리를 장착한 상태로 전원 아답터를 연결해서 사용해도 될까요?
예, 됩니다. 리이온 배터리의 경우 사제 아답터 사용을 권하지 않는 이유가 바로 과충전 방지 회로 설계 때문입니다. 과충전 방지 회로에 의해 일정 용량이 충전되면 더이상 충전이 이루어 지지 않습니다.
간혹 전원 아답터를 연결해서 사용할때에도 100%로 떨어졌다가 조금씩 배터리 용량이 줄어들어서 95% 전후에서 다시 충전되는 경우도 이러한 의미로 해석하는 것이 옳습니다. 즉, 전원 아답터를 장착하여 사용해도 지속적으로 충전하고 있다는 의미는 아니라는 것입니다. |
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7. 리이온 배터리의 수명은 어느정도 인가요?
아래 내용은 LGbattery.com에 언급되어 있는 내용입니다.
리이온 배터리를 포함한 2 차 전지는 충 방전을 계속하면서 용량이 줄어듭니다. 초기에는 1000 mAh 이었던 용량이 몇 백번 충 방전을 하면서(완방/완충이 아님), 700, 600, 500 mAh 까지도 줄어든다. 일반적으로 cycle life 라는 것은 초기 총용량 의 60 % 용량으로 총용량이 줄어들었을 때까지의 완충/완방 회수로 정의한다. 예를 들어 cycle life 가 500 회라고 하면, 500번 쓰면 용량이 줄어들어 전지를 교체해야 하는 것으로 알고 있는데 사실 은 그렇지는 않습니다. 500 회란 것은 100 % D.O.D. 에서 500 회라 는 것이다.D.O.D. 는 Depth Of Discharge 의 약자로서, 용량이 1000mAh 라고 하면, 1000mAh 를 100 % 다 소진하고, 충전했을 때 에 cycle life 를 의미한다. 그러나, 실제는 70-80 % 사용하고 충전하는 것이 일반적이며, 오래 사용할 수 있는 방법이다. 참고로 80 % D.O.D 에서는 cycle life 는 2- 3 배 정도 증가된다 (즉, 80%가 남았을때 다시 충전) | | | |