리튬-이온 보조 배터리는 안전한가요?

보조 배터리의 안전 위험을 이해하려면 먼저 보조 배터리의 핵심인 리튬{0}이온 배터리의 세계를 조사해야 합니다. 휴대폰과 노트북부터 보조 배터리까지 현대 전자 기기의 배터리 수명은 복잡하지만 에너지 집약적인 이-기기에 달려 있습니다. 그것의 탄생은 배터리 기술의 혁명이었지만, 그 고유한 특성은 또한 위험의 씨앗을 뿌렸습니다.

1. 리튬-이온 배터리의 세 가지 핵심 구성요소

리튬-이온 배터리의 구조는 복잡하지 않습니다. 핵심은 양극, 음극, 전해질의 세 부분으로 구성되어 있으며 분리막 및 케이스와 함께 폐쇄형 "에너지 순환 시스템"을 형성합니다.

양극은 리튬 이온의 "저장소"로서 리튬 이온을 저장하고 방출하는 데 중요한 역할을 합니다. 현재 시장에 나와 있는 가장 일반적인 두 가지 양극 재료는 리튬 코발트 산화물과 리튬 철 인산염입니다. 리튬 코발트 산화물은 에너지 밀도가 높아 보조 배터리를 더 작고 가볍게 만들 수 있으므로 가전제품에 널리 사용됩니다. 그러나 열 안정성이 비교적 낮고 고온이나 비정상적인 조건에서 분해되기 쉽습니다. 반면, 인산철리튬(LFP) 소재는 열 안정성이 매우 높고 안전율도 높지만 에너지 밀도가 낮고 동일한 용량에 대해 더 큰 부피가 필요합니다. 이는 주로 신에너지 차량 및 대규모 에너지 저장 장치와 같이 매우 높은 안전 요구사항을 갖는 애플리케이션에 사용됩니다.-

리튬 이온의 '임시 거주지'인 음극은 주로 흑연으로 만들어집니다. 흑연은 가지런히 배열된 '세포'와 같은 층상 구조를 가지고 있습니다. 충전하는 동안 리튬 이온은 저장을 위해 이러한 "셀"에 쉽게 내장될 수 있습니다. 방전 중에는 "셀"에서 질서있게 분리되어 양극으로 돌아갈 수 있습니다. 그러나 충전 방법이 부적절할 경우 리튬 이온이 흑연 표면에 비정상적으로 침전되어 수지상 리튬 금속 결정, 즉 "수상돌기"를 형성하여 심각한 안전 위험을 초래할 수 있습니다.

리튬 이온의 "셔틀 채널"인 전해질은 일반적으로 탄산염 화합물과 같은 유기 용매입니다. 그 기능은 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 자유롭게 이동하여 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하는 것입니다. 그러나 이 유기용매는 가연성이 매우 높습니다. 고온이나 화염에 노출되면 빠르게 연소되고 심지어 분해되어 다량의 가연성 가스를 생성할 수도 있습니다. 이것이 리튬 배터리가 너무 강하게 연소되는 주요 이유입니다.

또한 배터리 내부에는 마이크로미터 두께의 분리막이 있어 양극과 음극 사이의 '방화벽' 역할을 하여 직접적인 접촉을 방지합니다. 분리막은 일반적으로 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌으로 만들어지며 리튬 이온은 통과하지만 전자는 차단하는 미세 다공성 구조를 가지고 있습니다. 그러나 이 "방화벽"은 매우 취약하며 물리적 손상이나 고온에 노출되면 절연 기능을 잃을 수 있습니다.

2. 에너지 밀도: 편의성과 위험이라는 양날의 검

현대 전자 기기의 전원으로 선호되는 리튬{0}}이온 배터리의 핵심 장점은 초-에너지 밀도-가 기존 배터리보다 단위 부피 또는 무게당 훨씬 더 많은 전기 에너지를 저장할 수 있다는 점입니다. 예를 들어, 손바닥 크기의 보조 배터리는 10,000mAh의 용량을 가질 수 있는데, 이는 휴대전화를 2-3번 충전할 수 있는 반면, 동일한 용량의 니켈-카드뮴 배터리는 3배 이상 더 크고 무거울 수 있습니다.

이러한 높은 에너지 밀도가 가져오는 편리함은 자명합니다.-외출 시 부피가 큰 보조 배터리를 가지고 다닐 필요가 없습니다. 보조 배터리는 배낭이나 주머니에 쉽게 넣을 수 있어 언제 어디서나 장치를 보충할 수 있습니다. 그러나 에너지가 집중될수록 위험도 높아집니다. 폭발물과 마찬가지로 소량의 폭발물도 상대적으로 안전하지만 농도가 높으면 작은 불꽃이라도 격렬한 폭발을 일으킬 수 있습니다. 리튬-이온 배터리의 높은 에너지 밀도는 본질적으로 많은 양의 화학 에너지를 작은 공간에 압축합니다. 이 화학 에너지가 우연히 발생하면 매우 빠른 속도로 방출되어 통제할 수 없는 재앙을 초래할 것입니다.

3. 배터리 관리 시스템(BMS): 안전한 '스마트 매니저'

유명 제조업체의 리튬 배터리 보조 배터리에는 배터리 작동 상태를 모니터링하고 보호하는 보조 배터리의 "스마트 관리자" 역할을 하는 배터리 관리 시스템(BMS)이 장착되어 있습니다.

BMS의 핵심 기능에는 과충전 보호, 과{0}}방전 보호, 단락-회로 보호 및 과열-보호가 포함됩니다. 충전 중에 배터리가 완전히 충전되면 BMS는 자동으로 충전 회로를 차단하여 과도한 리튬 이온이 음극에 매립되는 것을 방지합니다. 방전 중에 충전 수준이 안전 임계값 아래로 떨어지면 양극 재료 구조가 붕괴되는 것을 방지하기 위해 방전을 중지합니다. 양극과 음극 사이에 단락이 감지되면 즉시 전류를 차단합니다. 배터리 온도가 안전 범위를 초과하면 냉각 프로그램이 시작되거나 작동이 중지됩니다.

표준 이하의 보조 배터리가 발생할 위험이 높은 이유는 주로 BMS를 생략하거나 품질이 매우 낮은{0}}BMS를 사용하기 때문입니다. 이 "스마트 관리자"의 모니터링이 없으면 배터리는 도망가는 말과 같습니다. 이상이 발생하면 제때에 보호 조치를 취할 수 없어 쉽게 열 폭주로 이어질 수 있습니다.

에이시-BMS-1BMS 테스터 기계리튬 배터리 보호 보드의 안전 테스트에 사용되어 보호 보드의 기능 지표가 합리적인 매개변수 내에 있는지 여부를 감지하고 생산 효율성을 향상하고 품질 관리를 촉진하는 데 도움이 되는 테스트 표준 세트를 직원에게 제공합니다.

리튬-이온 배터리 보조 배터리의 자연 연소 및 폭발은 본질적으로 '열 폭주'에 의해 촉발되는 연쇄 반응입니다. 열 폭주란 배터리 내부에 열이 지속적으로 축적되어 온도가 지속적으로 상승하고, 이로 인해 일련의 발열 반응이 일어나 궁극적으로 돌이킬 수 없는 연소 및 폭발 과정을 초래하는 것을 말합니다. 이 프로세스는 일반적으로 몇 초에서 수십 초 정도만 지속되며 매우 빠르며 수동으로 중단하기 어렵습니다.

1. 내부 단락: 배터리 내부에 숨겨진 "시한폭탄"

내부 단락은 열 폭주의 주요 원인 중 하나이며, 내부 불순물이나 수지상 돌기를 통해 배터리의 양극과 음극이 직접 접촉하여 전류 루프를 형성하는 것을 말합니다.

내부 단락이 발생하는 원인은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째, 제조 공정상의 결함이다. 배터리 제조 과정에서 금속 파편 등의 불순물이 양극, 음극, 분리막에 섞이면 이러한 불순물이 양극과 음극 사이의 '브리지'가 되어 단락이 발생할 수 있습니다. 둘째, 장기간 사용하는 동안 수상돌기가-형성됩니다. 충전하는 동안 리튬 이온은 음극에 있는 흑연의 층상 구조에 끼어듭니다. 그러나 충전 전류가 너무 높거나 충전 주기 횟수가 너무 많거나 호환되지 않는 충전기를 사용하는 경우 일부 리튬 이온이 성공적으로 매립되지 못하고 대신 음극 표면에 침전되어 수지상 리튬 금속 결정(수상 돌기)이 형성됩니다. 시간이 지남에 따라 이러한 수상돌기는 성장하여 결국 마이크론- 크기의 분리막을 뚫고 양극과 음극을 연결하고 단락을 유발합니다.

내부 단락이 발생하면 배터리 내부에 순간적으로 엄청난 전류가 생성됩니다. 줄(Joule)의 법칙에 따르면 저항에 흐르는 전류는 많은 양의 열을 발생시킵니다. 몇 초 안에 배터리 내부 온도가 섭씨 수백도까지 올라갈 수 있습니다. 이러한 높은 온도로 인해 전해질이 빠르게 연소되어 수소 및 일산화탄소와 같은 가연성 가스로 분해됩니다. 배터리의 내부 압력이 급격히 증가하여 결국 케이스가 파열됩니다. 누출된 가스는 공기와 혼합되어 고온과 접촉하면 폭연을 일으킵니다.

2024년 특정 브랜드의 보조 배터리가 자연 발화하는 사건에서 테스트 결과, 배터리 내부에 금속 불순물이 존재하면 장기간 사용 시 내부 단락이 발생하여 열 폭주가 발생하는 것으로 나타났습니다.

2. 외부 단락: 일상 사용에서 가장 쉽게 간과되는 위험

외부 단락은 배터리의 양극과 음극 단자가 외부 금속 물체를 통해 직접 연결되어 전류 루프를 형성하고 순간적으로 고온이 발생하는 경우 발생합니다.

외부 단락의 원인은 매우 일반적이며 주로 잘못된 사용 습관으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 보조 배터리를 열쇠, 동전, 데이터 케이블과 같은 주머니나 배낭 칸에 넣으면 이러한 금속 물체가 실수로 보조 배터리의 양극 및 음극 단자와 접촉하여 단락이 발생할 수 있습니다. 포트에 보호 덮개가 없는 보조 배터리의 경우 위험이 훨씬 더 높습니다.{2}}키의 뾰족한 끝이 포트에 쉽게 삽입되어 양극 및 음극 금속 접점에 동시에 접촉할 수 있습니다.

또한 손상된 보조 배터리 포트나 손상된 데이터 케이블 절연으로 인해 외부 단락이 발생할 수도 있습니다. 예를 들어, 데이터 케이블의 노출된 금속 와이어가 보조 배터리 포트와 접촉하여 잠재적으로 단락이 발생할 수 있습니다. 외부 단락으로 인해 발생하는 고온은 보조 배터리 케이스나 주변의 가연성 물질을 직접 발화시켜 화재를 일으킬 수 있습니다.

2023년, 한 대학생이 배낭 옆주머니에 보조 배터리와 열쇠를 넣었습니다. 걷는 동안 키가 실수로 보조 배터리 포트에 끼어 외부 단락이 발생했습니다. 몇 분 후 배낭에서 연기가 나기 시작했습니다. 다행히 제때 발견해 소화기로 진화해 심각한 피해를 예방했다.

3. 과충전 및 과{1}}방전: 부적절한 충전 습관의 숨겨진 위험

과충전 및 과방전은{0}}충전 중 배터리가 정격 용량을 초과하거나 방전 중 최소 안전 용량 미만으로 떨어지는 것을 의미합니다. 두 상황 모두 배터리 구조를 손상시키고 열폭주로 이어질 수 있습니다.

과충전은 특히 위험합니다. 배터리가 완전히 충전된 상태에서 충전을 계속하면 과도한 리튬 이온이 음극 흑연에 강제로 박혀 흑연의 층상 구조가 붕괴, 파열되는 현상이 발생한다. 동시에, 과잉 리튬 이온은 음극 표면에 금속 리튬을 침전시켜 전해질과 격렬하게 반응하여 많은 양의 열을 방출합니다. 또한 과충전은 배터리 내부 압력을 증가시켜 분리막이 수축하거나 심지어 파열되어 양극과 음극 사이의 단락을 초래할 수 있습니다.

과충전의 주요 원인은 열악하거나 호환되지 않는 충전기를 사용하는 것입니다. 예를 들어 보조 배터리를 충전하기 위해 출력 전류가 지나치게 높은 충전기를 사용하거나 과충전 보호 기능이 없는 표준 이하의 충전기를 사용하는 경우가 있습니다. 일부 사용자는 습관적으로 밤새 보조 배터리를 충전합니다. 합법적인 보조 배터리의 BMS는 완전히 충전되면 전원을 차단하지만, BMS가 오작동하거나-품질이 낮은 충전기로 인해 과충전이 발생할 수 있습니다.

과방전도-위험합니다. 배터리가 과방전되면-양극 소재의 결정 구조가 돌이킬 수 없는 손상을 입어 배터리 용량이 감소하고 다량의 열과 불안정한 물질이 발생합니다. 보조 배터리를 완전히 방전된 상태로 장기간 유휴 상태로 두면 과방전이 발생할 위험이-있습니다.

4. 고온-환경: 위험 폭발 가속화의 촉매제

고온은 리튬 배터리의 "적"이며 열폭주 가능성을 크게 높입니다. 고온-온도 환경은 내부 화학적 부반응을 가속화하고 분리막의 안정성을 감소시키며 전해질이 분해 및 가스 발생을 더 쉽게 만듭니다.

고온-온도 환경은 일상생활에서 흔히 볼 수 있습니다. 여름에 직사광선에 노출되는 창턱의 온도는 50도를 초과할 수 있습니다. 실외에 주차된 차량의 내부 온도는 60도를 초과할 수도 있습니다. 라디에이터나 전자레인지와 같은 열원 근처에 보조 배터리를 놓으면 온도가 상승합니다.

고온-환경에서는 배터리 내부의 화학 반응이 크게 가속화되고, 리튬 이온의 움직임이 비정상적으로 활발해져 수지상 돌기 성장과 분리막 손상이 쉽게 발생합니다. 동시에 전해질의 가연성은 온도에 따라 증가하며 작은 불꽃이나 단락으로 인해 발생하는 높은 온도에도 접촉하면 즉시 발화합니다.

2024년 여름, 한 자동차 소유자는 자동차 내부 대시보드에 보조 배터리를 배치했습니다. 반나절 직사광선에 노출되자 보조배터리가 폭발해 차량 유리창이 깨졌다. 테스트 결과 차량 내부 온도는 보조 배터리의 안전 작동 온도(일반적으로 0~45도)를 훨씬 초과하는 65도에 도달한 것으로 나타났습니다.

5. 열폭주 전체 연쇄반응 과정

열 폭주가 발생하면 되돌릴 수 없는 연쇄 반응이 발생합니다. 전체 프로세스는 다음 네 단계로 나눌 수 있습니다.

1단계:열 축적. 내부 단락, 외부 단락, 과충전/과방전,-과방전 또는 고온-환경 등 모든 요인으로 인해 배터리 내부 온도가 상승합니다. 이 때, 배터리에 약간의 과열, 부풀어오르는 현상 등이 나타날 수 있는데, 이는 열폭주 경고 신호입니다.

2단계:전해질 연소. 온도가 전해질의 인화점(보통 130~200도 사이)에 도달하면 전해질이 연소되기 시작하여 많은 양의 열과 가연성 가스가 방출됩니다. 배터리 온도가 500도 이상으로 급격히 상승합니다.

3단계:압력 폭발. 밀봉된 배터리 케이스 내부에는 가연성 가스가 지속적으로 축적되어 압력이 계속 증가합니다. 압력이 케이싱의 허용 한계를 초과하면 케이싱이 파열되고 가스가 순간적으로 분출됩니다.

4단계:폭연 및 전파. 분출된 가연성 가스가 공기와 완전히 혼합되면 배터리 내부의 고온이나 화염에 부딪히면 격렬하게 폭발하여 많은 양의 연기와 화염을 발생시킵니다. 화염 온도는 1000도 이상에 달할 수 있으며 연소 과정에서 유독 가스가 발생하여 매우 위험합니다.

리튬 배터리 보조 배터리의 위험은 피할 수 없습니다. 과학적 사용 방법을 익히면 이러한 위험을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 선택 및 사용부터 보관 및 유지 관리까지 각 단계에는 명확한 안전 경계가 있습니다. 이러한 경계를 준수하면 보조 배터리가 안전한 "에너지 블록"으로 유지됩니다.

1. 선택: 소스에서 위험 제거

선택은 안전한 사용을 위한 첫 번째이자 가장 중요한 단계입니다. 표준 이하의 보조 배터리는 생산 초기부터 안전 위험을 안고 있습니다.

• 3C 인증을 찾아보세요. 3C 인증은 중국에서 필수 제품 인증입니다. 전기 제품으로서 보조 배터리가 시장에 판매되려면 3C 인증을 통과해야 합니다. 구매 시 보조 배터리 케이스에 명확하고 유효한 3C 인증 마크가 있는지 확인하세요. 마크에는 인증번호, 제조사 정보 등이 포함되어야 합니다. 3C 마크가 없거나 마크가 흐릿한 제품, 리콜된 제품은 절대 구매하지 마세요.
• 평판이 좋은 브랜드를 선택하십시오. Huawei, Xiaomi, Apple, Ugreen 등 잘 알려진 브랜드의 보조 배터리를 우선적으로 구매하세요. 이러한 브랜드는 제조 공정이 더 표준화되어 있기 때문입니다. 또한 ATI, EVE Energy, Changhong Energy, Zijian Electronics와 같은 선두 기업의 배터리를 사용하는 보조 배터리 구매를 우선시하세요. 이들 제조업체는 원자재 품질을 엄격하게 관리하고 제품에 포괄적인 BMS 시스템을 갖추고 있습니다. "3{4}}no" 제품(제조업체 이름, 주소 또는 생산 날짜가 없는 제품)은 구매하지 마세요. 이러한 제품은 일반적으로 가격이 저렴하고 품질이 낮은 배터리와 초보적인 제조 공정을 사용하며 안전 보장이 제공되지 않습니다.

• 용량과 사양에 주의하세요. 귀하의 필요에 맞는 용량을 갖춘 보조 배터리를 선택하십시오. 일반적으로 일상적인 여행에는 10000mAh-20000mAh 보조 배터리로 충분합니다. 또한 제품 사양을 확인하여 출력 전압 및 전류가 전자 장치와 일치하는지 확인하여 불일치로 인한 충전 이상을 방지하십시오.

• 외관과 제작 기술을 검사하십시오. 구매 시 보조 배터리 케이스가 매끄럽고 손상되지 않았는지, 인터페이스가 안전하고 느슨하지 않은지, 버튼이 반응하는지 주의 깊게 확인하세요. 케이싱에 눈에 띄는 거친 부분, 틈 또는 느슨한 인터페이스가 있는 경우 이는 품질이 좋지 않은 것이므로 구매를 권장하지 않습니다.

2. 사용법: 좋은 습관을 기르세요

올바른 사용 습관은 위험을 피하는 데 중요합니다. 많은 안전사고는 부적절한 사용으로 인해 발생합니다.

• 정품 또는 인증된 액세서리를 사용하십시오. 충전 시 보조베터리의 정품 충전기와 데이터 케이블을 사용하거나 보조베터리 사양에 맞는 유명 브랜드의 액세서리를 선택하세요. 열악한 데이터 케이블이나 범용 충전기는 사용하지 마십시오. 전류가 불안정하거나 절연이 손상되어 쉽게 과충전이나 단락이 발생할 수 있습니다.

• 과충전 및 과방전을 피하세요.- 밤새 보조 배터리를 충전하지 마십시오. 배터리가 완전히 충전된 후에는 즉시 전원 플러그를 뽑는 것이 좋습니다. 매일 사용하는 동안에는 보조 배터리가 완전히 방전될 때까지 기다리지 말고 재충전하세요. 과방전을 방지하려면 배터리 잔량이 20%~30% 사이일 때 재충전하는 것이-권장됩니다.

• 극한의 환경을 피하십시오. 고온-, 저온-온도 또는 습한 환경에서는 보조 배터리를 사용하지 마세요. 직사광선 아래, 뜨거운 자동차 안, 욕실 등에서 사용하거나 충전하지 마세요. 저온-환경에서는 배터리 용량이 감소합니다. 배터리 손상을 방지하려면 이러한 조건에서 강제로 충전하지 마십시오.

• 물리적 손상을 방지합니다. 사용 중에는 떨어뜨리거나, 쥐거나, 구멍을 내거나, 구부리는 등 파워 뱅크에 물리적인 손상을 주지 마십시오. 보조 배터리를 무거운 물체 아래에 놓거나 분해하지 말고, 날카로운 물체로 보조 배터리 케이스에 구멍을 내지 마십시오.

• 비정상적인 상황을 신속하게 처리합니다. 사용 중에 보조 배터리가 뜨거워지거나, 부풀어 오르거나, 연기가 나거나, 이상한 냄새가 나는 경우, 즉시 사용을 중단하고 플러그를 뽑은 후 개방되고 불연성이 없는 곳에-두어 자연적으로 식히세요. 다시 사용하지 마십시오.

3. 보관 및 유지 관리: 수명 연장 + 위험 감소

적절한 보관 및 유지 관리는 보조 배터리의 수명을 연장할 뿐만 아니라 안전 위험을 더욱 줄여줍니다.

• 적절한 보관 환경을 유지하십시오. 장기간 사용하지 않는 보조 배터리는 건조하고 통풍이 잘 되며 서늘한 곳에 보관해야 하며 온도는 10도에서 30도 사이로 유지되어야 합니다. 합선이나 화재를 방지하기 위해 보조 배터리를 가연성, 폭발성 또는 금속 물체와 함께 보관하지 마십시오.

• 정기적으로 보조 배터리를 충전하십시오. 보조 배터리를 장기간 사용하지 않을 경우 1-2개월마다 충전하여 약 50%~70% 수준을 유지하는 것이 좋습니다. 이는 배터리를 효과적으로 보호하고 배터리가 손상될 수 있는 과방전을 방지합니다.

• 정기적으로 상태를 확인하십시오. 보조 배터리의 외관, 포트, 케이블을 정기적으로 검사하세요. 케이스 손상, 느슨한 포트 또는 노후된 케이블을 발견한 경우 즉시 사용을 중지하고 제조업체에 연락하여 수리 또는 교체를 요청하세요.

• 직접 수정하지 마십시오. 더 높은 용량이나 더 빠른 충전 속도를 얻기 위해 보조 배터리를 분해하거나 개조하지 마십시오. 개조하면 배터리 구조와 BMS가 손상되어 안전 위험이 크게 증가합니다.

리튬 배터리 보조 배터리의 발명은 여행, 일, 공부 중에 전력이 부족할 수 있다는 불안감에서 우리의 삶을 크게 편리하게 해주었습니다. 그러나 이러한 편리함 뒤에는 안전 경계에 대한 깊은 존중이 숨어 있습니다. 그것은 우리 손에 있는 "전력원"이자 잠재적인 "화약통"입니다. 핵심은 우리가 안전 프로토콜을 이해하고 사용 시 안전 경계를 준수할 수 있는지 여부에 있습니다.

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