리튬 배터리가 부풀어 오르는 이유가 무엇인지 궁금해요?
전자제품들을 보면 리튬 배터리를 사용하는 모든 전자 제품들이 동일한 현상을 보인다기 보다 어떤 것은 부풀고 어떤 것은 안 부풀던데요.
리튬 배터리가 부풀어오르는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해주신 리튬이온 배터리가 부풀어 오르는 현상은 내부에서 가스가 생성되는 전기화학적 부반응 때문인데요 이 부반응은 배터리의 화학적 안정성이 무너질 때 일어나며, 주로 다음과 같은 요인들이 복합적으로 작용합니다. 우선 리튬이온 배터리 내부에는 유기용매 기반의 전해질이 들어 있는데요 이 전해질은 일정 온도 이하, 정상 전압 범위에서는 안정하지만,
과충전(정격전압 초과 충전)이나 고온 상태가 지속되면 불안정해져서 분해되기 시작합니다.이때 생성되는 대표적인 가스는 CO₂ (이산화탄소), CO (일산화탄소), CH₄ (메탄), C₂H₄ (에틸렌)등의 탄화수소류 기체이며 이 가스들이 배터리의 밀폐된 구조 안에 쌓이면 내부 압력이 높아져 팽창이 일어납니다. 이때 흑연과 같은 음극과 양극(리튬금속 산화물)에서 리튬 이온이 반복적으로 삽입되고 빠져나오면서 전극 표면에 SEI라는 얇은 보호막이 형성되는데요 이 막은 정상적으로는 안정하지만, 충방전이 반복되거나 온도가 높거나 과충전 상태가 되면 이 막이 파괴되면서 다시 형성되는 과정에서 전해질이 계속 분해되고, 이 또한 가스 발생의 원인이 됩니다.
배터리가 손상되거나 외부 충격을 받아 내부 단락이 생기면 전류가 급격히 흐르면서 발열이 발생하고, 이 열로 인해 전해질이 열분해되어 다량의 가스가 한꺼번에 발생하는데요, 이 경우에는 부풀어오름뿐 아니라 폭발 위험까지 생깁니다.
다만 모든 리튬 배터리가 동일하게 부풀지 않는 이유는 배터리의 품질 및 전해질 조성 차이, 충전 습관 (과충전, 완전 방전 빈도), 사용 온도 (고온 환경일수록 분해 반응 촉진), 보호 회로(PCM)의 유무 등이 다르기 때문입니다. 감사합니다.
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