갤노트7으로 증폭된 리튬이온배터리 안전성 한계는?

송고 2017.01.24 14:10 | 수정 2017.01.24 14:10
윤병효 기자 (ybh4016@ebn.co.kr)

제한된 크기에 에너지 밀도 높이려다 문제 발생

이론적한계 도달, 미래 경쟁력 신소재 개발에 달려

삼성전자 갤럭시S7엣지 내부. 배터리 크기가 전체의 2/3를 차지하고 있다.ⓒ삼성전자

삼성전자의 갤노트7 뱔화 원인 발표는 결국 리튬이온배터리의 한계를 확인하는 계기가 됐다는 분석이다.

리튬이온배터리가 이론 한계에 도달하면서, 더 작으면서 더 많은 용량의 배터리를 만들기 위해서는 새로운 소재 개발이 시급하다는 지적이다.

24일 삼성전자에 따르면 갤럭시노트7의 발화원인은 배터리의 공정상 결함 때문이다.

갤노트7 배터리 공급업체인 삼성SDI의 제품은 우측 상단 모서리가 구부러지면서 음극과 양극이 만나는 단락이 발생했다.

또 다른 공급업체인 중국 ATL의 제품은 비정상 융착돌기 및 절연테이프 미부착으로 역시 내부 단락이 발생했다. 또한 두 회사 모두 얇은 분리막을 사용한 것도 문제로 지적됐다.

이는 공정상 문제이자 삼성전자의 설계 문제라는 지적도 있다.

삼성전자가 배터리 업체에 내장용 배터리 설계를 요구하면서 정확한 모서리 값을 제공하지 않아 삼성SDI 제품처럼 셀이 구부러지는 현상이 발생했다는 것이다.

궁극적으로 이 같은 문제들은 리튬이온배터리의 한계에서 비롯됐다는 분석이 나오고 있다.

삼성전자는 최근 출시하는 스마트폰에 3000mAh 이상의 대용량 배터리를 탑재하고 있다. 이러다 보니 배터리 크기가 제품의 2/3를 차지할 정도로 커진 상태다.

배터리 크기를 더 늘릴 수 없는 상황이지만, 하드웨어 및 소프트웨어 사양은 더욱 높아지면서 배터리 용량 확대는 계속 요구되고 있다.

리튬이온배터리에서 용량을 더 늘리려면 더 많은 리튬이온을 넣어야 한다. 리튬은 폭발 위험성이 높기 때문에 리튬을 무리하게 집적시키다 보면 갤노트7과 같은 발화사고 가능성이 높아질 수 있다.

삼성SDI와 ATL이 얇은 분리막을 사용한 것도 배터리 두께 및 크기를 줄이려는 의도로 분석된다.

전문가들은 리튬이온배터리가 이론적 한계에 거의 도달했다고 보고 있다. 이론적으로 리튬을 저장할 수 있는 한계가 있는데 이게 거의 찼다는 것이다.

미래 배터리산업의 핵심경쟁력은 원가 절감이 아니라 새로운 소재를 개발하는데 있다고 입을 모으고 있다.

최근 GIST(광주과학기술원) 엄광섭 교수(신소재공학부)와 MIT 전자공학연구소의 이정태 박사 등 공동연구팀은 리튬·실리콘(음극)과 황·셀레니움(양극)을 이용한 리튬이온 배터리를 개발했다 발표했다.

연구팀은 리튬이온 배터리의 새로운 전극 재료로 실리콘 음극과 황 양극에 주목하고, 황 양극에 셀레니움(Se)을 첨가한 '리튬·실리콘 음극'과 '황·셀레니움 양극'으로 구성된 배터리를 만들었다.

이 배터리는 무게당 저장량이 약 500mAh/g으로 현재 상용화된 리튬이온 배터리(100~150 mAh/g 수준)보다 4배 가량 크다. 사용 전압을 고려한 에너지 밀도는 2배 이상 증가했다.

국내 배터리 업체뿐만 아니라 일본 업체들도 신소재 개발에 열을 올리고 있다.

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