리튬 배터리는 실제로 얼마나 오래 가는가? 진실 공개

리튬이온 배터리는 리튬 금속 또는 리튬 합금을 음극 소재로 사용하고 비수계 전해질 용액을 사용하는 일종의 배터리입니다. 최초의 리튬 금속 배터리는 1912년 기르버트 N. 루이스(Gilbert N. Lewis)에 의해 제안되어 연구되었습니다. 1970년대에는 M.S. 휘팅엄(M.S. Whittingham)이 리튬이온 배터리를 제안하고 연구를 시작했습니다. 리튬 금속은 화학적으로 매우 반응성이 높기 때문에 가공, 저장 및 사용 시 매우 엄격한 환경 관리가 필요합니다. 따라서 오랫동안 리튬이온 배터리는 널리 사용되지 못했습니다. 과학 기술의 발전과 함께 리튬이온 배터리는 현재 주류가 되었습니다.

리튬 배터리는 크게 리튬 금속 배터리와 리튬 이온 배터리의 두 가지로 분류할 수 있다. 리튬 이온 배터리는 금속 리튬을 포함하지 않으며 충전이 가능하다. 1996년 개발된 5세대 충전식 배터리인 리튬 금속 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 안전성, 비용량, 자가 방전율, 가격 대비 성능 측면에서 우수하다. 높은 기술 요건으로 인해 현재 몇몇 국가의 소수 기업들만이 리튬 금속 배터리를 생산하고 있다.

리튬 이온 배터리는 단지 500번만 충전과 방전이 가능할까?

대부분의 소비자들은 리튬 배터리의 수명이 '500사이클', 즉 500회의 충전-방전 사이클이라고 들어보았을 것이다. 이를 초과하면 배터리를 '사용 불가' 상태로 간주한다. 많은 사람들은 배터리 잔량이 완전히 닳을 때까지 사용한 후 충전함으로써 배터리 수명을 늘리려고 시도한다. 하지만 이것이 실제로 배터리 수명을 연장시켜 줄까?

❌ 답변은 '아니오'입니다. 리튬 배터리의 수명은 "500회"라고 하는데, 이는 충전 횟수를 의미하는 것이 아니라 완전한 한 번의 충전-방전 사이클을 의미합니다.

충전 사이클이란 배터리가 완전히 충전된 상태에서 완전히 방전된 후 다시 완전히 충전되는 과정을 의미하며, 이는 단순히 한 번 충전하는 것과 동일하지 않습니다. 예를 들어, 리튬 배터리를 첫째 날에 절반 정도 사용한 후 완전히 충전하고, 둘째 날에도 동일한 작업을 반복하면, 이것은 두 번의 충전이 아니라 하나의 충전 사이클로 간주됩니다. 따라서 일반적으로 하나의 사이클을 완료하려면 여러 번의 충전이 필요합니다. 충전 사이클을 매번 완료할 때마다 배터리 용량은 약간씩 감소하지만, 그 감소 폭은 매우 작습니다. 고품질 배터리는 수많은 충전 사이클 후에도 원래 용량의 약 80%를 유지하며, 많은 리튬이온 배터리 기반 제품들이 2~3년 후에도 정상적으로 작동합니다. 물론 리튬이온 배터리도 수명이 다하면 교체가 필요합니다.

소위 말하는 500 사이클이란 제조사가 일정한 방전 깊이(예: 80%)에서 약 625회 충전 사이클을 달성했을 때, 500회 충전 사이클에 도달한 것으로 간주함을 의미한다. (80% * 625 = 500) (리튬 배터리 용량 감소와 같은 요인은 무시함).

그러나 실제 생활에서 다양한 요인들, 특히 충전 시 방전 깊이가 일정하지 않다는 점을 고려하면, "500회 충전 사이클"은 배터리 수명을 판단하는 참고 자료로만 사용할 수 있다.

정확한 표현은 다음과 같다: 리튬 배터리의 수명은 완료된 충전 사이클 횟수와 관련이 있으나, 충전 횟수 자체와는 직접적인 관련이 없다.

간단히 말해, 예를 들어 리튬 배터리를 첫째 날에는 용량의 절반만 사용한 후 완전히 충전하고, 둘째 날에도 동일한 방식을 반복하면 이는 두 번의 충전이 아니라 한 번의 충전 사이클로 간주됩니다. 따라서 일반적으로 하나의 사이클을 완료하려면 여러 번의 충전이 필요합니다. 충전 사이클이 완료될 때마다 배터리 용량은 약간씩 감소하지만, 그 감소 폭은 매우 작습니다. 고품질의 배터리는 많은 충전 사이클 후에도 여전히 원래 용량의 80%를 유지합니다. 이것이 바로 많은 리튬 이온 배터리 제품들이 2~3년이 지난 후에도 정상적으로 작동하는 이유입니다. 물론 리튬 이온 배터리는 수명이 다 되면 결국 교체가 필요합니다.

리튬 배터리의 수명은 일반적으로 300~500회의 충전 사이클이다. 한 번의 완전한 방전으로 Q 단위의 전기를 공급한다고 가정하고, 각 충전 사이클 후 용량 감소를 무시하면, 리튬 배터리는 수명 동안 총 300Q~500Q 단위의 전기를 제공하거나 보충할 수 있다. 따라서 매번 배터리 용량의 절반을 사용한 후 충전하면 600~1000회 충전할 수 있으며, 매번 3분의 1 용량을 사용한 후 충전하면 900~1500회 충전할 수 있다. 이와 같은 방식이다. 임의로 충전하는 경우 충전 횟수는 불확실하다. 요약하면, 어떻게 충전하든 상관없이 보충되는 전기의 총량은 항상 300Q~500Q로 일정하다. 따라서 리튬 배터리의 수명은 충전 사이클의 횟수보다는 충전될 수 있는 전기의 총량과 관련이 있다고 이해할 수 있다. 완전 방전/완전 충전과 부분 방전/부분 충전은 리튬 배터리 수명에 미치는 영향에서 큰 차이가 없다.

사실 리튬 배터리의 경우 얕은 방전과 얕은 충전이 더 유리합니다. 깊은 방전과 깊은 충전은 제품의 전원 모듈에서 리튬 배터리를 교정할 때만 필요합니다. 따라서 리튬 배터리로 구동되는 제품은 충전 과정에 지나치게 신경 쓸 필요 없이 편의성을 우선시하면 됩니다. 원할 때마다 자유롭게 충전하되 수명에 영향을 준다고 걱정할 필요 없습니다.

리튬 배터리를 지정된 작동 온도 이상(35°C 초과)의 환경에서 사용할 경우 배터리 용량이 계속 감소하여, 배터리의 전원 공급 시간이 평소보다 짧아지게 됩니다. 이러한 온도에서 충전하는 것은 배터리에 더욱 큰 손상을 줄 수 있습니다. 심지어 배터리를 비교적 더운 환경에 보관하는 것만으로도 배터리 품질에 일부 손상이 불가피하게 발생합니다. 따라서 적절한 작동 온도를 유지하는 것이 리튬 배터리의 수명을 연장시키는 좋은 방법입니다.

리튬 배터리를 저온 환경, 즉 4°C 이하에서 사용하는 경우 배터리 수명이 단축되는 것을 확인할 수 있으며, 일부 휴대폰의 기존 리튬 배터리는 저온 환경에서 충전조차 되지 않을 수 있습니다. 그러나 너무 걱정하지 마십시오. 이것은 일시적인 상황일 뿐입니다. 고온 환경에서 사용하는 것과 달리 온도가 상승하면 배터리 내 분자가 가열되면서 즉시 이전 용량으로 회복됩니다.

리튬이온 배터리의 성능을 극대화하려면 전자들이 지속적으로 흐르도록 자주 사용해야 합니다. 리튬 배터리를 자주 사용하지 않는다면 매월 한 번씩 완전한 충전 사이클을 수행하고 충전 보정을 실시하십시오. 즉, 완전 방전 후 완전 충전을 하는 것입니다.

올바른 용어는 "충방전 사이클"이며, "충전 횟수"가 아닙니다. 하나의 사이클이란 배터리가 완전히 충전된 상태에서 완전히 소모될 때까지의 과정을 의미합니다. 예를 들어, 배터리를 완전히 충전한 후 전체 용량의 10분의 1만 사용하고 다시 완전히 충전하면, 이는 10분의 1 사이클에 해당합니다. 따라서 한 사이클을 완료하려면 10번의 충전과 방전이 필요합니다. 마찬가지로, 완전히 충전된 상태에서 절반의 용량을 사용한 후 다시 완전히 충전하고, 또다시 절반을 사용한 후 다시 충전한다면, 이 경우에도 두 번의 충전을 통해 한 사이클이 완료됩니다. 따라서 사이클은 오직 "배터리에서 방전된 전기의 총량"에만 의존하며, "충전 횟수"와는 직접적인 관련이 없습니다.

더욱이, 이러한 명목상의 충방전 사이클 수는 해당 사이클을 모두 소진하면 배터리가 더 이상 사용할 수 없다는 의미가 아닙니다. 오히려 이만큼의 사이클을 거친 후에는 배터리의 전기를 저장하는 능력이 일정 수준 이하로 감소한다는 것을 의미합니다.

예를 들어, 특정 리튬 배터리는 명목상 충방전 사이클 수명이 "500회 사이클 후에도 명목 용량의 60% 이하가 되지 않는다"고 표시될 수 있다.

즉, 500회 사이클 후에 이 배터리는 새것일 때의 용량 대비 약 60%만 유지할 수 있다는 뜻이며, 성능이 어느 정도 저하된 상태라는 의미이다. 이것이 핵심 내용이다.

리튬 배터리는 충전 사이클 횟수에 대해 고정된 제한이 없다. 신뢰할 수 있는 제조업체의 배터리는 일반적으로 초기 용량의 80% 이상을 유지하면서 최소 500회 이상의 충방전 사이클을 견딜 수 있으며, 이는 단일 충전으로 약 2년간 사용할 수 있음을 의미한다. 일반적으로 휴대폰 배터리는 1000회 충전 사이클 이후 급격한 성능 저하가 발생한다.

휴대폰 배터리 관리 방법:

1. 매번 배터리를 완전히 충전한 후에만 사용하여 충전 사이클 횟수를 줄이고 배터리 수명을 연장하세요.
2. 배터리를 완전히 방전시킬 필요는 없습니다. 일반적으로 충전량이 10% 미만으로 떨어지면 충전이 필요합니다.
3. 원래 제공된 충전기를 사용하여 충전하고, 범용 충전기는 사용하지 마십시오.
4. 휴대폰을 충전 중일 때 사용하지 마십시오.
5. 과충전을 피하고, 배터리가 완전히 충전되면 충전을 중단하십시오.

예, 실험 결과에 따르면 리튬 배터리의 수명은 충전 사이클 횟수가 증가함에 따라 감소합니다. 일반적으로 리튬 배터리는 2000~3000회 정도의 충전 사이클만 견딜 수 있습니다.

사이클(cycling)은 사용을 의미합니다. 우리는 배터리를 사용하면서 사용 기간에 관심이 있습니다. 재충전 가능한 배터리의 성능을 측정하기 위해 사이클 수명(cycle life)의 정의가 설정됩니다. 실제 사용자의 경험은 크게 다를 수 있으며, 서로 다른 조건에서의 테스트는 비교가 불가능합니다. 비교를 가능하게 하기 위해 사이클 수명의 정의를 표준화해야 합니다.

국가 표준은 리튬 배터리의 사이클 수명에 대한 다음의 시험 조건과 요구사항을 규정하고 있습니다: 주변 온도 20℃±5℃에서 1C로 충전합니다. 배터리 단자 전압이 4.2V의 충전 제한 전압에 도달하면, 충전 전류가 1/20C 이하가 될 때까지 일정 전압 충전으로 전환합니다. 충전을 정지하고 0.5~1시간 동안 휴지시킵니다. 이후 1C 전류로 2.75V의 방전 종료 전압까지 방전합니다. 방전이 완료된 후, 다음 충방전 사이클을 시작하기 전에 0.5~1시간 동안 다시 휴지시킵니다. 두 번 연속 방전 시간이 36분 미만이 되면 사이클 수명이 종료된 것으로 간주합니다. 사이클 횟수는 300회 이상이어야 합니다.

국가 표준 설명:

1. 이 정의는 사이클 수명 시험을 심도 있는 충전-방전 방법으로 수행하도록 규정하고 있습니다 ;
2. 규정에 따르면, 이 모델에 따라 리튬 배터리의 사이클 수명은 ≥300회 사이클 후에도 여전히 초기 용량의 60% 이상을 유지해야 한다. .

그러나 서로 다른 사이클링 조건에서는 사이클 횟수에 큰 차이가 발생한다. 예를 들어, 기타 모든 조건을 동일하게 유지한 채 동일한 배터리 모델의 사이클 수명 시험에서 일정 전압을 4.2V에서 4.1V로만 변경하더라도 배터리가 더 이상 완전 충전되지 않게 되며, 최종 시험 결과에서 사이클 수명이 약 60% 증가하는 것으로 나타난다. 따라서 절단 전압(cutoff voltage)을 3.9V까지 높이면 사이클 횟수는 여러 배 이상 증가할 것이다.

충전-방전 사이클마다 배터리 수명이 줄어든다는 주장은 이해하는 것이 중요하다. 리튬 배터리의 충전 사이클은 리튬 배터리가 완전히 충전된 상태에서 완전히 방전된 후 다시 완전히 충전되는 과정으로 정의된다. 이것은 한 번 충전하는 것과 동일하지 않다. 더 나아가 사이클 수에 대해 논의할 때는 해당 사이클이 수행되는 조건을 반드시 고려해야 한다. 이러한 조건을 고려하지 않고서 사이클 수만 언급하는 것은 의미가 없으며, 사이클 수는 배터리 수명을 평가하는 수단일 뿐 최종 목적이 아니다!